Новая физика от Урала до Поволжья

Известные ученые и студенты МГУ Саров стали участниками проекта «Научный десант НЦФМ»

Ведущие ученые и молодые исследователи Национального центра физики и математики в конце 2023 года провели лекторий в восьми российских городах, в том числе в пяти городах расположения Информационных центров по атомной энергии (ИЦАЭ). Студенты из Саратова, Челябинска, Екатеринбурга, Воронежа, Ростова-на-Дону, Санкт-Петербурга, Казани и Уфы стали участниками всероссийского проекта «Научный десант НЦФМ», который реализуется при поддержке госкорпорации «Росатом».

Общение на равных

Уникальность проекта «Научный десант НЦФМ» заключается в том, что его спикерами стали не только известные ученые, но и студенты, которые уже в магистратуре занимаются научными исследованиями.

«У нас выстроена система, в которой наши студенты активно работают со школьниками. Одно дело — когда я выступлю с лекцией. Ее, конечно, послушают, но, скорее всего, реакция у большинства будет: «Ну и что?» Другое дело — когда слушатели пообщаются с теми, кто сам прошел через наше обучение, погружен в него, знает все плюсы и сложности изнутри. Это создает объемное впечатление», — считает Александр Сергеев, научный руководитель НЦФМ, академик РАН.

Студентка Надежда Савкова только начинает погружаться в основы теоретической физики в магистратуре, а Сергей Клоков уже учится на втором курсе, поэтому Надежда, по ее собственному признанию, в основном делилась со студентами своим восторгом от учебы, а Сергей уравновешивал рассказ историями о том, что не все так однозначно.

«Первое чувство, возникающее, когда ты попадаешь в НЦФМ, — это просто восторг! Первое, что поражает еще до начала учебы, — это хорошие условия проживания. Я сама живу в апартаментах, а есть еще таунхаусы. Это совершенно новые корпуса с номерами квартирного типа, а условия в них такие, чтобы мы максимально погружались в учебу, не отвлекаясь на решение бытовых вопросов. Везде есть стиральные машины и даже кондиционеры», — рассказала Надежда Савкова.

«Но главное — у нас шикарные условия обучения. Лаборатории, просторные аудитории, электронные доски, конференц-зал с возможностью качественной онлайн-трансляции, все это настраивает на серьезный лад. При этом очень хорошая стипендия — 55 тыс. для магистрантов, но и требования к студентам высокие — за 20 пропусков без уважительной причины в течение одного семестра могут отчислить», — добавил Сергей.

При этом мотивацию студентов МГУ Саров можно косвенно оценить по итогам первого выпуска, который состоялся в 2023 году. Из 50 человек дипломы получили 42 человека, что с учетом сложности программы очень хороший результат, и 15 из них решили продолжить обучение в аспирантуре.

Учебный план строится не совсем обычным образом. «К нам приезжают преподаватели МГУ, которые читают свой предмет блоками. Например, специалист приехал на две недели, и мы проходим его курс, потом он уезжает. Поэтому получается, что иногда мы учимся с 9 утра и до 8 вечера, а иногда есть почти свободные дни», — рассказал Сергей.

«Но не нужно думать, что у нас только учеба. Хотя первая мысль, когда видишь в расписании одну или две пары: «Класс, можно успеть позаниматься в лаборатории!» Время на диссертацию обязательно нужно выделять. Но и с отдыхом у нас все хорошо. У тех, кто получил пропуск в Саров, есть возможность бесплатно посещать тренажерный зал. У нас действует студенческий туристический клуб, работает научное сообщество. Еще нам регулярно организуют профильные экскурсии. Недавно мы были в ОИЯИ в Дубне и в московских институтах НИКИЭТ, ВНИИА, ТРИНИТИ», — добавила Надежда.

Сергей Клоков в свободное время занимается популяризацией науки: «Я руковожу астроклубом. Периодически читаю саровским школьникам научно-популярные лекции. У нас есть свой телескоп, поэтому мы проводим дни тротуарной астрономии, когда позволяет погода».

Отдельно студенты остановились на выборе научной темы исследования. «У меня есть одногруппники, которые занимаются физикой нейтрино, фотоникой, лазерными технологиями. Вам будут рекомендовать выбирать научных руководителей из РФЯЦ-ВНИИЭФ, но это совершенно не обязательно. Это могут быть и профессора из МГУ, и даже из других вузов», — объяснил Сергей.

Есть в МГУ Саров и свой «маскот» — это кот по кличке Гусар. «Его имя — творческое сокращение от «МГУ Саров». Да и посмотрите, какой он у нас красавец, настоящий гусар», — пошутила Надежда.

Что такое НЦФМ

Структуре НЦФМ, его глобальным целям и прикладным задачам были посвящены несколько лекций в разных городах. Так, например, сопредседатель научно-технического совета НЦФМ академик РАН Борис Шарков, спецпредставитель директора по сотрудничеству с международными и российскими научными организациями ОИЯИ, рассказал саратовским студентам о том, что стратегическая цель — вхождение НЦФМ к 2030 году в число ведущих мировых научных центров.

«Базовая триада НЦФМ — фундаментальная наука, высокие технологии и блестящее образование», — подчеркнул спикер.

Уже сейчас 42 члена Российской академии наук работают и проводят исследования в НЦФМ. МГУ Саров — это образовательное ядро НЦФМ, студентов рассматривают как перспективных молодых ученых, которые продолжат заниматься исследованиями в НЦФМ или пополнят ряды сотрудников РФЯЦ-ВНИИЭФ, или ядерного центра, как его обычно называют.

«Главный двигатель науки — это любопытство. Оно обеспечивает научный и технологический прогресс, становится драйвером развития. Поэтому не останавливайтесь, задавайте вопросы себе и другим — о жизни и об устройстве Вселенной», — пожелал слушателям в конце своего выступления Борис Шарков.

Дмитрий Бисикало, заместитель научного руководителя НЦФМ, главный ученый секретарь НЦФМ, академик РАН, выступавший перед челябинскими студентами, обратил их внимание на то, что НЦФМ — это прежде всего кооперация и это в первую очередь открытое сообщество, а глобальная задача НЦФМ — обеспечить технологический суверенитет страны.

Рассказывая об образовательном процессе, спикер подчеркнул, что его эффективность достаточно высока и одна из причин — это качественный и количественный подход к преподавательскому составу. «На 120 студентов у нас примерно 120 преподавателей, и это правильное соотношение. Получается практически индивидуальный подход к студентам, и результат мы уже видим», — подчеркнул Дмитрий Бисикало.

По словам Дмитрия Валерьевича, сейчас с НЦФМ сотрудничают более 50 организаций, включая Росатом. «Более 90% наших выпускников из первого набора устроились на предприятия Росатома, и часть из них совмещают работу с обучением в аспирантуре», — рассказал спикер.

Молодых исследователей привлекают не только современными научными лабораториями и уникальным оборудованием: в НЦФМ уже состоялись несколько научных школ.

«Система, которая будет реализована, будет напоминать систему в ЦЕРНе. Ученые смогут приехать, провести необходимые им эксперименты, затем вернуться к себе и анализировать результаты», — объяснил эксперт.

«Идея заключается в том, что НЦФМ — абсолютно открытая площадка, коллаборация множества научных организаций и при этом рядом находится РФЯЦ-ВНИИЭФ, которому тоже нужны и важны открытия в области фундаментальной науки. И Саров в целом — это огромный научный потенциал, наработки в нескольких важных областях. В нашей стране есть задачи развития территорий. И развитие территории через науку — это хороший способ. Укрепляя стратегически важную отрасль, мы развиваем у наших студентов универсальные профессиональные компетенции, ведь нашей стране для достижения технологического суверенитета нужны молодые талантливые ученые. И мы в МГУ Саров и в НЦФМ работаем именно на эту задачу», — подчеркнул Александр Сергеев.

Суперкомпьютеры — незаметные гиганты

Член-корреспондент РАН Владимир Воеводин, директор филиала МГУ Саров, директор Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ, сопредседатель направления НЦФМ, рассказал саратовским, челябинским и екатеринбургским студентам о суперкомпьютерных технологиях.

«Иногда мы шутим так: суперкомпьютер — это машина, которая всегда занимает большой зал, весит больше одной тонны и стоит больше ста миллионов рублей», — улыбнулся Владимир Воеводин. Спикер назвал суперкомпьютеры незаметными гигантами: они много что делают, но их практически никто не видел.

«Во многих случаях без суперкомпьютерных технологий делать нечего. Везде, где человек хочет стать лидером и обогнать остальных, используются суперкомпьютеры. У многих впечатление, что это что-то элитарное, и это правильно. И одновременно это та технология, к которой мы все однозначно причастны. Они везде, и их основная цель — быстро решать суперзадачи», — пояснил Владимир Валентинович.

Прогнозирование поведения многолетней мерзлоты, краш-тесты автомобилей, цифровые модели предприятий, разработка новых лекарств, кинематограф и анимация, безопасность и даже маркетинговые стратегии — во всех этих сферах без суперкомпьютеров уже не обойтись. «Во время просмотра фильма мы чаще всего видим результат работы суперкомпьютера. Его использование может принести компании значительную прибыль. Самый яркий пример — чипсы «Принглс», рекламная и маркетинговая кампания которых строилась на основании расчетов суперкомпьютера», — привел примеры Владимир Воеводин.

Интернет сегодня, по словам спикера, самый большой параллельный компьютер, и с его помощью можно решать фантастические задачи. В онлайн-режиме можно объединить тысячи свободных машин. Самый известный проект, который реализуется таким образом, — поиск внеземной жизни.

Но существует ряд проблем и задач, которые нужно решать. Например, КПД паровоза выше КПД суперкомпьютера. Еще одна тема — необходимость использования параллельных алгоритмов. «Суперкомпьютеры работают так быстро, потому что их архитектура построена на принципе параллелизма. Мы понимаем, что такое алгоритм, но нам нужно думать, и что такое параллельный алгоритм. Параллельные вычисления делаются, чтобы решить задачу быстрее. Весь ход решения задачи должен отражать параллельность, иначе не будет хорошего решения, а значит, и высокой скорости», — объяснил Владимир Валентинович.

Энергия из вакуума

Выступление Александра Сергеева, научного руководителя НЦФМ, академика РАН, было посвящено в том числе истории атомной промышленности в СССР и России.

«Советский атомный проект — это быстрое превращение новых знаний в новые технологии. История и опыт Росатома прекрасно демонстрируют важность технологического суверенитета. В 1949 году мы успешно испытали атомную бомбу, а уже в 1954 году запустили первую в мире АЭС. Всего пять лет понадобилось, чтобы достижения в обороне были переведены в мирное русло. А атомную энергию удалось перевести в список экологически чистых, зеленых видов энергии», — подчеркнул Александр Михайлович.

Вторая тема, которую академик обсудил с воронежскими и ростовскими студентами, была посвящена способам получения энергии. По мнению Александра Сергеева, именно энергообеспеченность определяет и экономическое, и социальное развитие общества.

Химическая энергия содержится в связях электронов в атомах и молекулах. Ее высвобождение — это первый уровень получения энергии. Затем идут реакции распада ядра. В процессе ядерной цепной реакции деления мы получаем гораздо больше энергии, чем, например, в результате горения — экзотермической реакции. И по-настоящему колоссальные возможности прячутся в энергии связей кварков, из которых состоит нейтрон.

Сейчас одно из самых актуальных направлений исследования — это вакуум. «Устройство вакуума — это большой вопрос, перед решением которого стоят физики. Это важно с точки зрения понимания того, где и как может извлекаться энергия. И эта энергия будет на несколько порядков больше той энергии, которая прячется в глюонных полях, удерживающих кварки вместе», — прокомментировал Александр Сергеев.

Изучать пространственно-временную структуру вакуума позволит строящийся в НЦФМ эксаваттный лазер XCELS. Это не единственная его задача: среди них, например, ионизация вакуума и получение частиц и античастиц, генерация плазмы и гамма-излучения сверхвысокой яркости.

Еще один масштабный проект — фотонная вычислительная машина. «Единственная математическая процедура, которая используется в ИИ на искусственных нейронных сетях, — это перемножение матриц или перемножение матрицы на вектор. С этой задачей очень успешно справляется свет. Фотоны делают это гораздо быстрее, чем электроны. Так появились фотонные вычислительные машины», — пояснил Александр Михайлович.

Природа искусственного интеллекта

Своими размышлениями о природе искусственного интеллекта с ростовскими студентами поделился Игорь Каляев, академик РАН, научный руководитель направления ЮФУ.

«Интеллектуальные нейроморфные системы работают по тем же принципам, что и человеческий мозг. Кроме того, они устойчивы к внешним воздействиям, включая радиационные», — объяснил Игорь Анатольевич.

Фотонные вычислительные машины на данный момент создаются на основе кремниевых плат, то есть, по сути, с помощью аналоговых технологий. Следующий шаг в этом направлении — заменить их на фотонную элементную базу, что позволит повысить производительность компьютера в два-три раза.

Отвечая на вопросы слушателей, Игорь Анатольевич подчеркнул, что не видит опасности захвата человечества интеллектуальными машинами. «Искусственным интеллектом занимаются те, кому не хватает естественного, — пошутил эксперт. — На мой взгляд, это все равно алгоритмизированные программы, написанные человеком, и существование искусственного разума без человека невозможно, ведь работа ИИ строится на больших данных, которые генерируют, выбирают и создают люди».