Дарий Малков и Николай Боровиков, первокурсники Физического факультета НГУ по направлению «Общая и фундаментальная физика», начали заниматься наукой ещё в СУНЦ НГУ, а теперь продолжают исследования в Институте гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН. Они работают над двумя проектами: изучают поведение плавающих частиц в волновых полях и разрабатывают новые численные методы восстановления спектра рентгеновского излучения. Один из результатов уже подан в журнал Physics Education (Q2) и получил положительный отзыв рецензента, ещё один манускрипт находится на рецензировании.
Обычно студенты приходят в науку ближе к третьему курсу, но у Дария и Николая путь оказался другим. Интерес к физике у Дария появился в конце 8 класса — просто решил узнать что-то новое. Затем захотел изучить предмет на более глубоком уровне, что и определило желание поступить в СУНЦ НГУ. Там он приобрел первый опыт проектной деятельности: вместе с однокурсниками выполнял итоговый индивидуальный проект по физике на базе лабораторного практикума НГУ — проводил эксперимент по исследованию закона Чайлда-Ленгмюра, а также численно моделировал процесс работы вакуумного диода.
Николай начал заниматься физикой, чтобы подтянуть школьные знания, — когда предмет только появился, были проблемы. В итоге увлекся настолько, что физика стала любимым предметом. Потом участвовал в различных олимпиадах и интенсивах, в том числе в Летней школе СУНЦ НГУ, по результатам которой поступил в Физматшколу. Именно там, на лабораторных работах, понял, что хочет, чтобы темой индивидуального проекта была физика. Позже они с Дарием познакомились с научным руководителем Александром Параскуном. После выпуска решили поступать на Физфак НГУ, чтобы продолжить развиваться в научно-исследовательской деятельности.
— На самом деле это очень здорово, что у нас появилась возможность поработать в научном институте уже на первом курсе. Мы принимаем участие в нескольких различных по тематике проектах — это позволяет расширить кругозор в разных областях физики, научиться как выполнять эксперименты, так и моделировать физические явления, — рассказал Дарий Малков.
Один из проектов первокурсников связан с сегрегацией частиц на нелинейных волнах. Если говорить просто, они моделируют поведение плавающих частиц в присутствии волн, изучают явление сегрегации — распределение частиц по плотностям, размерам и другим параметрам, — а также условия формирования кластерных структур.
— Разработка таких моделей может быть полезна в отслеживании и предсказании формирования скоплений мусора на поверхности океана, движения льда — что важно, к примеру, в задаче освоения Арктики, — отметил Николай Боровиков.
Второй проект — восстановление спектра рентгеновского излучения. Как пояснили студенты, одной из основных характеристик рентгеновского излучения является его спектр — сколько фотонов приходится на каждую энергию. В случае одиночных чрезвычайно коротких рентгеновских импульсов экспериментально измерить эту характеристику сложно, поэтому ученые решают обратную задачу: восстанавливают спектр по экспериментально полученным рентгеновским снимкам металлических клиньев. Результаты этой работы уже оформлены в виде научных докладов на всероссийских и международных конференциях, подготовлен и подан в журнал манускрипт публикации — сейчас он проходит рецензирование. Ещё один результат — статья в журнале Physics Education (Q2), на днях получен положительный отзыв рецензента, и команда готовит ответ.
На вопрос, что для них самое интересное в научной деятельности, первокурсники отвечают по-разному. Николай отмечает, что наука подталкивает постоянно изучать что-то новое: в ходе работы появляется всё больше вопросов, на которые ищешь ответы. И это не только про вычисления и проведение экспериментов. Дарий добавляет, что исследовательские проекты дают «легкие навыки» — от умения правильно оформить презентацию до навыка выступления перед большим количеством людей. Для него научная деятельность — это уникальный опыт, возможность развивать себя и знакомиться с интересными людьми.
Оба подчеркивают важность практического применения. Дарий считает, что наука — это не только теория, но и реальная польза: это позволяет решать конкретные задачи и подтверждает ценность исследований. Николаю важно, чтобы результат его деятельности был полезен для общества — развивать медицину, улучшать экологическую обстановку в мире, и это вдохновляет на решение сложных задач.
Научный руководитель первокурсников, младший научный сотрудник Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН Александр Параскун сам является выпускником кафедры физики сплошных сред физического факультета НГУ. По его словам, ему самому повезло иметь возможность участвовать в настоящем научном проекте в Институте уже на втором курсе бакалавриата, при выполнении первой курсовой работы. Поэтому он считает очень важным, что в университете есть такая возможность «раннего» погружения в исследовательскую деятельность, подразумевающая ещё и выбор одной из множества тем исследований, которые проводят в Академгородке.
— Уровень ребят изначально очень высокий — это стало понятно ещё в ФМШ, когда они предпочитали не просто сдать лабораторную работу и забыть, а задерживались после занятия и сами придумывали какие-то расширения к стандартным заданиям. Не знаю, можно ли назвать это особым форматом работы, но у нас в Институте действительно возможно погрузиться в, казалось бы, очень сложные темы «с нуля». Думаю, это связано с тем, что люди очень увлечены своими задачами и с радостью и терпением готовы вводить «новичков» в курс дела, — рассказал Александр Параскун.
Он также пояснил, почему тема сегрегации и кластеризации частиц актуальна для мировой науки. С его точки зрения, это связано прежде всего с практическим применением: динамика разливов топлива, тонн мусора на поверхности океана не хаотична, а подчиняется определённым законам и закономерностям. Понимая эти закономерности, можно предлагать более эффективные решения экологических задач.
Коллаборация с японским университетом подтверждает актуальность темы для мировой науки — такими исследованиями занимаются в разных университетах по всему миру. Сотрудничество с исследовательским юнитом Института науки и технологий Окинавы (OIST) позволил выполнить некоторые эксперименты на базе их экспериментальных установок. Сейчас Дарий и Николай обрабатывают эти данные и ищут в них закономерности.
Заведующий кафедрой физики сплошных сред ФФ НГУ, доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института гидродинамики СО РАН Евгений Иванович Пальчиков отметил, что у университета и научно-исследовательского института — разные, но взаимодополняющие задачи.
— В институте есть уникальные установки и темы работ, которых не встретишь больше нигде, — и это открывает перед студентами широкие возможности. Стратегия понятная: из таких студентов и школьников вырастают как уникальные узконаправленные, так и специалисты широкого профиля — нужные как для НГУ, так и для Института гидродинамики. У нас многие из института преподают в НГУ, а я сам после ФМШ и НГУ с 1970 года преподаю, — подчеркнул Евгений Пальчиков.
По его словам, вовлечение молодёжи в науку началось ещё с Михаила Алексеевича Лаврентьева, который был директором Института гидродинамики. Он же впервые, практически одновременно с НГУ, организовал ФМШ. Сейчас эта работа продолжается через курсовые проекты и доклады на МНСК на первом, втором и последующих курсах, работу с физматшкольниками начиная с Летней ФМШ, где показывают лекции с демонстрациями — с 1976 года без перерывов, последние 50 лет — и дни науки в Клубе юных техников СО РАН, который является подразделением Института гидродинамики.
На вопрос, часто ли к ним приходят такие мотивированные студенты, Евгений Пальчиков отвечает: «Не часто. Но нам достаточно, чтобы этот поток не иссякал. Специалисты-то уникальные получаются».
Он привел примеры реальных задач, в которых участвуют студенты и физматшкольники. Одна из них — измерение длительности рентгеновской вспышки от импульсного рентгеновского аппарата.
— Это такой маленький импульсный ускоритель электронов мощностью в полмиллиарда ватт и размером полметра на полметра. Он нужен, чтобы снимать в рентгеновских лучах то, что летает с первой космической скоростью, — космический мусор, метеориты, продукты взрыва. Или измеряют, с какой скоростью и за какое время может дёрнуться катушка у сабвуфера — у большого динамика звуковой колонки, — рассказал ученый.
Данный пример связан с работой над ускорителем СКИФ. Для станции 1.3, где будут изучать быстропротекающие процессы, нужен затвор, который будет открывать пучок синхротронного излучения на одну сотую долю секунды — иначе пучок всё сожжёт, потому что его мощность десять киловатт.
— Берем динамик, отрываем диффузор, приделываем к катушке, которая в магнитном поле, поглотитель излучения синхротронного излучения. Подаём импульс на катушку — и смотрим, какой импульс подавать. Это же исследование. А дальше делаем затвор, — пояснил Евгений Пальчиков.
По его словам, эти и все остальные направления работы ребят имеют огромное значение, потому что нельзя заранее предсказать, какие знания будут необходимы для решения задач, которые будут стоять перед нами в будущем.
