Ох уж эти физики

Область науки, где в последнее время происходят такие громкие события, как открытие гравитационных волн и поиск жизни на Марсе, сегодня гораздо больше привлекает молодёжь, чем в начале 1990-х. Тогда конкурс на физфак МГУ был чуть больше одного человека на место, в прошлом году это цифра была больше 4. 

Но что 20 лет назад, что сейчас — физическое образование в России было и осталось базисом, на котором можно построить отличную карьеру, причём мирового масштаба. И выбирать, работать ли на самом большом коллайдере в Швейцарии, усовершенствовать ли поисковые системы в Интернете или вообще открыть своё дело.  

Поступая на физфак, они смутно представляли свою будущую карьеру учёных. В годы, когда многие уходили из науки, они, наоборот, её выбрали. Мы поговорили с бывшими однокурсниками выпуска 2000 года, последнего в двадцатом веке, чтобы узнать, зачем они хотели стать учёными и что из этого вышло. 

— Представьте себе, что на вечеринку пришли две девушки в одинаковых платьях, что будет? – спрашивает Иван у учеников на занятии в Университете детей.

— Поножовщина! – смеётся кто-то из мальчиков.

— Зависит от уровня вечеринки, — отвечает Иван. — Не всегда, конечно, поножовщина, но неодобрительные взгляды в сторону друг друга точно будут. И в итоге они разойдутся по разным углам вечеринки, чтобы в этих разных углах быть уникальными в своих платьях. Хорошо, а что будет, если два парня придут в одинаковых нарядах?

— Даже, наверно, не будут расходиться, — неуверенно предполагает девочка.

— Именно! Они даже весь вечер будут вместе тусоваться, показывая всем, что они похоже одеты. Точно так же ведут себя фермионы и бозоны. Если вы возьмёте два фермиона с одинаковыми характеристиками, вы просто не сможете свести их вместе. Поэтому электроны, а они относятся к фермионам, рассаживаются по разным орбитам. А одинаковые бозоны, напротив, будут спокойно сосуществовать рядом. Это главная разница между бозонами и фермионами.

Примерно так Иван рассказывает детям, и не только детям, про Большой адронный коллайдер, бозон Хиггса, чёрные дыры и кварки. В детстве он посмотрел "Девять дней одного года", советский фильм 1961 года, и с тех пор захотел заниматься физикой.

Иван родился в городе Надым Тюменской области. Этот маленький городок на Севере, практически у полярного круга, был форпостом газовой отрасли. Отец Ивана тоже в свое время окончил физфак, и разговоры о физике были в семье обычным делом.

После школы поступил на физфак МГУ. На третьем курсе Ивана заинтересовала кафедра физики элементарных частиц, часть преподавателей которой работала в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне. Там студентам предстояло учиться и жить большую часть времени.

Когда Иван поехал на экскурсию в Дубну в 1996 году, она привлекла его своими бытовыми условиями. В отличие от грязной шумной Москвы, это был тихий аккуратный город с велосипедами, урнами на улицах и культурным населением.

Иван тогда не очень понимал, чем предстоит заниматься на кафедре. Поначалу заинтересовался работой радиобиологов. Диплом писал по методам распознавания образов для цитогенетического эксперимента.

Студентом Иван пытался разыскать разные способы дополнительного заработка. То выманил аттестат из МГУ и поступил после первого курса в Институт нефти и газа имени Губкина, чтобы числиться там первый семестр и получать стипендию, не появляясь. То летом уехал нелегальным гастарбайтером собирать клубнику в Шотландии. Правда, не рассчитал, что там будет холодно, мокро и клубники почти не будет. Потом месяц добирался до Москвы автостопом. Зато благодаря этому опыту заговорил по-английски.

Красивая физика и скучный бозон

Иван пошёл в аспирантуру туда же, в Дубну, и планировал дальше продолжать исследования в области распознавания образов. Однако попал в эксперимент HERA-B, который базировался в Гамбурге, в самом большом в Германии исследовательском центре по физике частиц. В итоге он задержался там на 4 года, а к биофизике так и не вернулся.

HERA-B — это эксперимент на ускорителе HERA. Буква B от слова beauty, так как речь идёт о "прекрасной физике" — то есть физике, изучающей процессы, происходящие с b-кварками. Последние особенно интересны при изучении антивещества и того, чем антивещество отличается от вещества, поэтому под их изучение был создан отдельный эксперимент.

Он оставался сотрудником института, получая зарплату за полставки лаборанта и стипендию аспиранта. А в Гамбург Иван ездил как приглашённый ученый, и принимающая сторона оплачивала суточные – 42 евро в день. Командировки были по несколько месяцев. Это позволяло привозить большую часть денег назад, что было совсем неплохо для того времени.

Контраст между тем, как была организована научная деятельность у нас и за границей, был огромный. Вплоть до того, что в Дубне элементарно не было бумаги для принтеров, а в Гамбурге она лежала в неограниченных количествах повсюду, и учёные из каждой поездки привозили её пачками в чемоданах. А потом после очередного доклада в институте отправлялись на обязательные для всех субботники. 

По мере завершения эксперимента в Гамбурге Иван вместе с остальными дубненскими коллегами начал переключаться на следующий эксперимент, в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) под Женевой. Он назывался CMS (от английского Compact Muon Solenoid – Компактный мюонный соленоид), по названию детектора, на котором он проходил.

Сначала создавали оборудование, а Иван присоединился уже на этапе тестирования и установки. Затем началась непосредственно стадия набора данных, сначала — сигналов от космических лучей, потом — от столкновений протонов на коллайдере.

Речь идёт о Большом адронном коллайдере — самой крупной экспериментальной установкой в мире. Он представляет собой огромный тоннель с длиной окружности около 27 км, пролегающий на территории Швейцарии и Франции. Подземный ускоритель разгоняет во встречных направлениях пучки протонов до скоростей, приближающихся к скорости света, и сталкивает их. В результате этих столкновений рождаются новые частицы, срок жизни которых порой настолько мал, что длится ничтожные доли секунды. Результаты столкновений регистрируют 7 сложнейших детекторов.

При работе над диссертацией Иван решал конкретную проблему. Детекторы, которые используются в эксперименте, — очень точная аппаратура огромного размера. Она позволяет измерять координаты частиц, которые через неё пролетают, с точностью до нескольких микрон. При этом сама аппаратура состоит из большого количества деталей и имеет размер в несколько метров.

Когда её собирают вместе, то точность позиционирования отдельных деталей варьируется в пределах нескольких миллиметров — это очень большая погрешность в сравнении с несколькими микронами. Поэтому нужно иметь способ восстановить положение деталей по тем данным, которые там измеряются. Задачей Ивана было определить, для изучения каких физических процессов эта невыровненность оказывается критичной.

Эта работа была частью CMS TDR — программы физических исследований CMS. Это два толстых тома с перечнем того, что учёные собирались обнаружить с помощью детектора. "Пока из этого длинного списка получилось найти только бозон Хиггса в самом скучном его варианте", — говорит Иван. "Скучном — потому что это открытие ещё раз подтвердило Стандартную модель, не предложив нового направления, в котором могла бы развиваться физика частиц дальше".

Бозон Хиггса — последняя недостающая частица Cтандартной модели. Предсказанный в теории еще в 1964 году британским физиком Питером Хиггсом, на практике он, а точнее — следы его распада — были зафиксированы лишь в 2012 году на Большом адронном коллайдере.

"Кстати, ни малейшего отношения к богу бозон Хиггса не имеет, —объясняет Иван. — Словосочетание "божественная частица" прилипло к нему по недоразумению: в первоначальной редакции книги нобелевского лауреата Леона Ледермана название звучало как "Чёртова частица: если Вселенная — это ответ, то каков вопрос". Однако редакторы для приличия исправили слово goddamn (чёртова) на просто god (божественная). Вот слово и прицепилось, причём в прямом его значении".

Защитив диссертацию в 2006 году, Иван снова задумался, стоит ли оставаться в науке. На эти сомнения накладывались ещё и бытовые проблемы: во время командировок в Женеве жить приходилось абы где. Арендованное институтом жильё часто оказывалось переполненным, для ночлега приспосабливали балконы и проходные гостиные.

До запуска коллайдера оставалось всего несколько лет, и Иван продолжал участвовать в подготовке эксперимента и дальше. Правда, в Женеву стал ездить всё реже — и из-за нерешённых бытовых вопросов, и потому что работу по обработке данных можно было спокойно делать из Дубны.

Из науки в жизнь

Чем реже Иван ездил в Женеву, тем меньше стал зарабатывать: поездки, как и прежде в Гамбург, приносили основную часть денег. Многие бывшие однокурсники, заканчивая с наукой, находили себе применение в IT. И образование, и работа физика подразумевают неплохие познания в этой отрасли – программировать учёных учили ещё в университете. Иван решил тоже попробовать.

Сначала просто хотел устроиться на стажировку в одну из крупнейших компаний в этой сфере, но, увидев его резюме, рекрутеры позвали его на собеседование и предложили работу. Иван переехал из Дубны в Москву, но полностью из науки не ушёл. Он по-прежнему старший научный сотрудник института и по-прежнему участвует в экспериментах в ЦЕРНе. Сейчас, например, занимается поиском чёрных дыр.

Одновременно со сменой фокуса Иван занялся популяризацией науки. "Есть такая присказка: не можешь работать — учи, не можешь учить — пиши книги. Я сейчас где-то между учением и писанием книг". Иван ведёт цикл занятий по физике в Университете детей при Политехническом музее, участвует в научных фестивалях, выездных лекциях в других городах и разных мастер-классах. Вёл прямые включения с Большого адронного коллайдера для разных аудиторий в городах России.

Популяризация имеет несколько целей: и рассказать о науке широкой публике, и привлечь молодёжь — школьников и студентов — к физике. Аудитории бывают совершенно разные. Например, недавно читал лекцию в Пансионе воспитанниц Министерства обороны.

Лёгкость подачи материала — это результат усилий, опыта и тренировок. Что-то позаимствовал у коллег, что-то придумал сам. Когда только начинал, проводил 20-минутные тренировочные выступления, и поначалу они были провальными. Он терял внимание публики даже с научным образованием. Говорил длинно и сложно. "Далеко не сразу я научился смотреть на то, что я делаю, глазами обывателя — это несколько лет практики, проб и ошибок".

Новая работа в IT, впервые за долгие годы оседлая жизнь в Москве, популяризация науки, расширение круга общения, а, кроме того, увлечение современным искусством и занятия танго — стали для учёного успешной перезагрузкой. "Мне внезапно оказалось комфортно в таком образе жизни. Я впервые за многие годы чувствую себя дома".

"Безопасное вождение на 90% основывается на законах физики, — уверяет Александр, сидя за рулём своего спортивного автомобиля Mazda RX8. — Так что в принципе я работаю по специальности. В этом смысле физическое образование мне помогает и самому понимать многие вещи, происходящие с автомобилем на дороге, и объяснять их другим".

Дальше "продвинутый автоинструктор", как он сам себя называет, рассказывает то, что напоминает задачу из учебника физики для 7 класса. "Если вы едете по МКАД со скоростью 90 км/ч, то ваш тормозной путь будет около 30 метров. Прибавьте к тормозному пути время реакции, что в среднем 1 секунда, за которую ваш автомобиль пролетит 25 метров, прежде чем вы нажмёте на тормоз. Получится остановочный путь в 55 метров. При этом дистанция до следующего автомобиля у вас, к примеру, 5 или 10 метров, как у многих водителей. О каком безопасном вождении может идти речь?"

Поступая на физфак МГУ, он и представить себе не мог, что откроет собственную школу безопасного вождения. Александр родился в подмосковном наукограде Пущино, важном в России биологическом научном центре. С детства увлекался музыкой и играл на гитаре, но поступать в музыкальное училище не решился, потому что сомневался, что из этого можно будет сделать профессию. Да и родители, оба биохимики, были против музыкальной карьеры.

Выбирать будущую профессию Саша стал методом исключения. "Биология и химия — скучно, историю я вообще не любил, с русским у меня хоть и было хорошо, но какая из этого профессия?" После отметания всего того, что он любил, остались математика и физика.

Поступив в МГУ, Александр продолжал играть на гитаре и даже пошёл в рок-колледж. Играл в группах, которые исполняли и авторские вещи, — блюз, рок и металл — и перепевали хиты. Первые деньги так и заработал — по выходным приезжал в родной город и выступал там с группой в кабаках. "Пели Гэри Мура, Dire Straits, "Металлику", "Машину времени" и всё, что было тогда популярно. Чуть позже меня даже начали приглашать в студии звукозаписи играть гитарные партии разным исполнителям". Получалось, что музыкой, вопреки опасениям, даже удавалось зарабатывать на жизнь.

Физика при этом шла обязательным и неизбежным фоном. На третьем курсе Александр выбрал кафедру физики низких температур и сверхпроводимости. "Здание кафедры стояло особняком и выглядело уютно, да и научный руководитель мне сразу понравился. Мы до сих пор дружим".

В аспирантуру пошёл, чтобы избежать армии и сделать приятное родителям. Кроме музыки, которая всё же не вселяла уверенности, не было чётких интересов. А аспирантура давала ещё время подумать, и при этом являлась вполне понятной деятельностью.

Следующие три года Александр работал над будущей диссертацией и даже совершил открытие. "Мы с научным руководителем обнаружили, что при низких температурах физические свойства материи меняются. Полупроводники не являются ферромагнетиками, то есть не примагничивают, как обычный магнит. Но мы обнаружили, что, если в некоторые полупроводники добавить совсем немного железа, всё меняется. Это никак не меняет свойства полупроводника при комнатной температуре, однако при низких температурах, приближающихся к абсолютному нулю, возникает квантовый переход и полупроводник становится ферромагнетиком". 

Несмотря на то что Александр с удовольствием занимался исследованиями и работой над диссертацией, физика не увлекала его так, как музыка, но и с музыкой не всё было гладко. После аспирантуры ещё были попытки как-то устроить музыкальную карьеру, но они не увенчались успехом.

В итоге в 2003 году Александр, как и многие выпускники физфака, устроился в IT-компанию. "Кстати, как только я начал работать, через две недели мне звонят и говорят, что у Антонова прослушивание и нужен гитарист. Где вы были 2 недели назад?"

Академик за рулем

Автомобиль появился в жизни прозаично и как средство передвижения, а стал тем, что перевернуло всю биографию. Началось всё с того, что на последнем курсе Саша с другом решили сброситься и купить на двоих ржавую "шестёрку", чтобы не трястись в автобусах каждые выходные по дороге в Пущино.

После года за рулём, как положено, начались небольшие аварии. "Это известная вещь: при стаже от года до трёх у всех, как правило, начинается период аварийности. Первый страх проходит, и появляется уверенность на дороге, переходящая в завышенную самооценку". Всё это Александр испытал на себе и решил пойти на курсы экстремального вождения, чтобы научиться водить как следует.

"Я как будто заново влюбился — интерес к автомобилю вытеснил интерес к музыке, и я ушёл в вождение с головой". Начал читать книги по безопасному вождению, брал частные уроки у других инструкторов, общался со спортсменами, даже поехал учиться на курсы в Европу.

Пока разбирался в предмете, сам превратился в ходячую энциклопедию. Как-то решил сесть за компьютер и набросать на странице 10 правил безопасного вождения. В итоге страница разрослась до сотни – с рисунками, графиками, таблицами и главами. "Я сам не понял, как так вышло, и отправил всё это родителям почитать, так как они учёные и сами постоянно публикуются. И тут они мне говорят: "Сын, а ты знаешь, что ты книгу написал? Её надо издавать!"

Александр был крайне удивлён, учитывая, что всегда не любил писать сочинения, а тут целая книга получилась. Она была напечатала в издательстве "Третий Рим" в 2008 году. С тех пор вышли ещё 4 книги.

Параллельно основной работе Александр стал давать уроки безопасного вождения. Началось с просьб знакомых, потом сарафанное радио приводило новых клиентов. После работы в костюме Cerutti и с портфелем Ferre садился в машину и превращался в инструктора. Ему это страшно нравилось. Доходило до того, что начал прогуливать работу — говорил, что уехал на встречу с клиентом, а сам давал урок.

Чем дальше, тем больше автомобильное хобби превращалось в главное дело, а официальная работа только отвлекала. "Я занимался тем, что приносит реальную пользу людям здесь и сейчас. А кого моя работа в IT делала счастливее? Мы продавали сервера в различные "дочки" РАО ЕЭС, никому от этого не было ни жарко, ни холодно. Что я оставил бы после себя? Я понял, что занимаюсь не своим делом, и ушёл".

В 2011 году Александр открыл свою школу вождения. Сделал сайт, напечатал визитки, арендовал учебный класс и автодром. Придумал название — Kaminsky Driving Academy. Поначалу учил сам. Многие приходили учиться после того, как прочитали его книги.

Сейчас в школе занимаются люди в основном уже с правами — это и девушки, желающие научиться правильно парковаться, и полицейские, которым нужно научиться экстремальному вождению, и личные водители важных персон.

Александр постоянно повторяет, что законы физики одинаковы для всех и если водитель их не учитывает, то постоянно подвергает свою жизнь риску. "Большинство людей, к сожалению, садятся за руль, не осознавая, что в их руках оружие массового уничтожения. Автомобиль — это не роскошь и не средство самоутверждения — это тонны железа, летящие на большой скорости".

Когда Александр видит, что после обучения человек начинает грамотно водить, он понимает, что, возможно, спас ученику жизнь. Принося пользу людям и получая отдачу здесь и сейчас, он чувствует, что он на своём месте. "А до открытия бозона Хиггса мне нет дела. Пока это теоретическая абстракция, не более того".

"Вокруг существует масса интересных вещей помимо профессиональной деятельности, — говорит Андрей. — Я давно увлекаюсь походами, а последнее хобби — это садоводство. Начал с малого — посадил кусты малины и смородины. За огурцы и помидоры пока не берусь — это пока для меня сложно".

Вырастить огурцы на даче сложно, а построить прибор для изучения атмосферы на Марсе — возможно. Последние несколько лет Андрей работает в Российской академии наук и занимается непосредственно разработкой и созданием научных приборов для космических исследований.

Впрочем, учась в физико-математическом классе московской школы, он слабо представлял, кем хочет стать. Родители хоть и работали инженерами и отец всегда что-то паял и мастерил дома, но они никогда не заставляли сына идти в технический вуз.

В 11-м классе Андрей ходил на подготовительные курсы в Московский институт электроники и математики и поступил туда, ещё учась в школе. Когда вопрос был таким образом решён, он попробовал вслед за друзьями поступить ещё и на физфак МГУ — и поступил. Выбрал МГУ, потому что престиж университета перевесил. "Хотя общее направление обучения было понятно, представление о том, чем мне предстоит заниматься, было очень приблизительное".

Карманные ускорители

Когда пришло время выбирать специализацию, Андрея заинтересовала кафедра биофизики, довольно популярная в то время среди студентов. Однако после собеседования с комиссией Андрея туда не взяли, и он пошёл на кафедру общей ядерной физики.

Под крылом кафедры Андрей работал на небольшом ускорителе, который в своё время создал его научный руководитель. "Не все ускорители такие огромные, как в Дубне или в ЦЕРНе. Тот был длиной метра три и имел небольшую энергию ионов — всего 10 киловольт". Андрей с научным руководителем исследовали взаимодействие лёгких ионов, в частности, водорода и дейтерия, с кремнием. Такие исследования имеют вполне практическое применение в микроэлектронике.

Диссертация Андрея была посвящена изучению воздействия ионных пучков на различные материалы. После защиты появилась возможность поучаствовать в строительстве нового для России типа ускорителя – и Андрей остался работать в Научно-исследовательском институте ядерной физике при МГУ (НИИЯФ).

"Мой научный руководитель долгое время работал в Южной Корее и привёз оттуда идею ускорителя нового типа, уникального для России. Работа шла непросто, так как очень много было завязано на железо, которое делалось с нуля. Кроме того, оборудование, необходимое для создания ускорителя, стоит дорого. Поэтому параллельно приходилось решать и непростые финансовые вопросы".

Одновременно со строительством нового ускорителя Андрей с коллегами проводил в стенах своего института работу по вводу в строй ещё одного ускорителя. "В частности, мы работали над его безопасностью. Заложили все окна и двери свинцом. Дверь весит около тонны, ездит на колёсиках. Большинство ускорителей в той или иной степени представляют собой радиоактивную опасность для окружающих".

Несмотря на то что работа в НИИЯФ была постоянной, Андрей иногда посвящал своё время зарабатыванию средств на стороне. "Сама по себе зарплата в институте не очень большая, но к ней приплюсовываются деньги от различных грантов и проектов, и в целом жить можно".

Погода на Марсе

Несколько лет назад Андрей начал работать в Институте космических исследований. "С одной стороны, в лаборатории уже сложилась команда, да и проработал я там в общей сложности более 10 лет, а с другой — в ИКИ мне предложили новую для меня деятельность". А именно — участвовать в разработке приборов для исследования космоса.

Один из проектов, к которому Андрей подключился уже на этапе его воплощения, – это разработка спектрометра для аппарата TGO (Trace Gas Orbiter, или Орбитальный аппарат для исследования малых составляющих атмосферы). На основе измерений, выполненных этим прибором, сделают выводы о газовом составе марсианской атмосферы.

TGO – часть российско-европейского проекта "ЭкзоМарс". Аппарат запустили в марте этого года с космодрома Байконур. 16 октября Trace Gas Orbiter отделил от себя модуль "Скиапарелли", который через три дня совершил неудачную посадку на поверхность Марса и разбился. Сам TGO, вместе со спектрометром, над которым работал Андрей, цел и невредим, и уже передаёт данные на Землю. Он пробудет на орбите несколько лет.

Сейчас Андрей работает над другим проектом – разрабатывает спектрометр для исследования парниковых газов в атмосфере Земли. Парниковый эффект, в котором важную роль играют водяной пар, углекислый газ и метан, постепенно приводит к изменению температуры атмосферы нашей планеты. С помощью спектрального анализа учёные хотят подробнее изучить состав земной атмосферы.

Иван, Александр и Андрей учились вместе и выбрали разные пути. Но никто не пожалел о том, что в сложные девяностые решил заняться физикой. Тем более вряд ли об этом когда-то пожалеют сегодняшние школьники. Особенно когда на занятиях электроны в платьях стараются держаться подальше друг от друга.