Физика, как спорт
- 13.05.2025
Студент третьего курса физического факультета Новосибирского государственного университета (ФФ НГУ) Игорь Лотов родился в семье ученых: его папа физик, а мама математик. Как говорит сам Игорь, несмотря на то, что его физико-математические наклонности были определены еще несколько поколений назад (бабушки и дедушки тоже были математиками), в начальной школе он мечтал стать экологом. После седьмого класса молодой человек определился с интересами и выделил среди всех наук физику. Сейчас Игорь работает в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН), как и его отец. В 2024 г. молодой человек получил стипендию им. В.Е. Пелеганчука ИЯФ СО РАН – одну из именных стипендий, которые учреждены в Институте как мера поощрения талантливых физиков. В интервью студент рассказал, как в детстве считал, что Дед Мороз живет в ИЯФе и сколько раз он маленьким бывал на работе у папы, почему ему так нравится заниматься моделированием кильватерного ускорения и кого он надеется обойти в институтской лыжной гонке.
Лаборант физической лаборатории ИЯФ СО РАН Игорь Лотов. Фото Т. Морозовой.
– Игорь, не могу не спросить, сколько тебе было лет, когда ты первый раз попал в ИЯФ? Какие у тебя сохранились детские воспоминания об институте?
– В детстве я думал, что в ИЯФе живет Дед Мороз, который всегда под Новый год дарит коробочку конфет. Помню новогодние утренники в институтской столовой, куда папа меня постоянно водил. Школьником я ходил сюда на экскурсии и бывал на Днях открытых дверей. Так что, конечно, Институт сильно родной для меня.
– Твой папа физик-теоретик, а мама?
– Мама математик, и бабушки-дедушки тоже математики. Я вырос в физико-математической семье.
– Шансов стать кем-то другим не было?
– Ну почему же. Был период, когда я считал себя биологом, точнее экологом. Это было совсем в ранней школе – я любил ходить на пруд, ловить водных насекомых, и изучать. Но в отличие от биологов, я просто их ловил, смотрел и выпускал, никого не заспиртовывал. Такой экологичный подход к изучению природы. С класса пятого я думал, что я математик, потому что мне очень нравился предмет, особенно геометрия. Но потом, когда началась физика, я понял, что это мое. Мне было интересно углубляться в предмет, а традиционно это можно сделать через олимпиады, потому что там уровень выше школьного. И вот как в седьмом классе это началось, так и пошло-поехало. Причем знакомиться с олимпиадами я начинал именно с теоретических задач, с экспериментальными я встретился позже. Да и что-то мне подсказывает, что они отличаются от научных экспериментов. Так что, наверное, из-за олимпиадного прошлого я и пошел в теоретики.
– Я знаю, что если становишься призером Всероссийской олимпиады по физике, то можно поступить в любой университет страны, где физика является профильным предметом, без ЕГЭ. А какова была твоя цель?
– Хороший вопрос. Для меня участие в олимпиадах, как спорт, можно посоревноваться в знании предмета с другими, к тому же дает повод учиться лучше. В 130 школе, где я учился, такую практику вводят уже в начальных классах, так что это какая-то даже привычка, неотъемлемая часть учебы.
– После 130 школы ты, наверное, сразу поступил в НГУ? В ФМШ не учился?
– Да, в СУНЦ НГУ не учился, но я, можно сказать, приемный фмшонок.
– Такой формулировки я еще не слышала. Расскажи, пожалуйста, как так получилось?
– Я не числился в ФМШ, но с 7 по 11 класс ходил к ним заниматься физикой. В ФМШ есть различные спецкурсы для ребят, и вот это один из них – спецкурс по олимпиадной подготовке по физике. Наверное, это не единственное место в Новосибирске, где учат олимпиадам, но я попал именно сюда. На протяжении всех этих лет я постоянно брал призовые места на различных олимпиадах по физике, в том числе на Всероссийской.
– То есть все же мог выбрать любой вуз страны? Почему выбрал в НГУ?
– В какой-то момент я точно и бесповоротно решил, что хочу пойти в науку. На это решение, бесспорно, влияло и то, что я вырос в семье ученых. Ну, а если ты хочешь идти в науку, то у тебя прямая дорога в НГУ, не в МФТИ, как почему-то принято у олимпиадников, а именно в Новосибирский госуниверситет. МФТИ – это, скорее, если ты хочешь потом работать в наукоемком производстве. Так что я даже и не рассматривал какие-то другие варианты. Зачем? Если под боком прекрасный НГУ.
– Не могу не спросить, папа рассказывал что-то про науку, как-то тебя направлял?
– Помню, что он помогал мне с физикой, какие-то задачи, может, мы вместе решали. Но в целом, когда ты растешь в семье ученых, оно как-то само собой все закладывается, и знания, и ориентиры. Так что, кажется, с относительно раннего возраста я был физико-математической направленности. Ну, кстати, после младшей школы я поступил в 5 инженерный класс. Мне в нем понравилось, я решил, что точные науки – это мое, пришел домой и сказал, что хочу быть инженером. Папа тогда посоветовал мне все же рассмотреть профессию ученого, потому что, овладев ей, можно будет стать и инженером, если захочу.
– Раз ты все же немного учился в ФМШ, столкнулся ли ты с синдромом фмшонка, когда поступил в НГУ, или удалось этого избежать?
– Действительно, бывает, что ребята из ФМШ отчисляются из НГУ, потому что на первом курсе им кажется, что программа легкая и они расслабляются. Но мне удалось избежать синдрома фмшонка. Несмотря на то, что физика у меня была на неплохом уровне, олимпиадная в том числе, за ней не было серьезной математической базы, которую дают в университете. Поэтому с первого курса такие предметы как математический анализ, линейная алгебра были для меня новыми. Многого я не знал, поэтому сидел и учился. Вообще мне кажется, что вылетают из НГУ те, кто просто забивает на учебу, тут неважно из ФМШ ты или нет.
– Что главное в успешной учебе в университете, как ты считаешь? Нагрузка ведь действительно очень серьезная. Некоторые, например, говорят, что им помог тайм-менеджмент, то есть рациональное распределение собственных сил на учебу, в том числе с опцией пропускать какие-то пары. А какая у тебя рабочая схема?
– Точно могу сказать, что мой путь – это ходить на все, ну, или практически на все. А вот выбирать на что ходить, а на что нет… Не знаю, если ты решил не ходить на какой-то предмет, но проходишь программу самостоятельно по учебнику и потом способен сдать зачет или экзамен, то почему нет. А вот не ходить и не учить вообще – так точно не работает в НГУ.
– Как ты попал в группу моделирования кильватерного ускорения? Это ведь не так просто.
– Константин Владимирович обычно старается отобрать студентов в свою лабораторию как можно раньше, еще до первого курса. Так произошло со мной и моим одногруппником и другом Даниилом Кутергиным. Что касается меня, то тут и ловить долго не пришлось, я же в соседней комнате.
– Расскажи, пожалуйста, чем занимается лаборатория, в которой ты работаешь, и в какой части этой научной работы задействован ты?
– Наша лаборатория занимается моделированием кильватерного ускорения заряженных частиц в плазме. Ускорение происходит так: в секцию ускорителя с ионизированным газом инжектируется либо пучок частиц, либо лазерный импульс, при движении которых появляется кильватерная волна. Эта волна интересна тем, что в ней образуется очень большое электрическое поле, намного более сильное, чем можно получить в обычных линейных ускорителях с высокочастотными резонаторами. Соответственно, благодаря этому полю, образованному кильватерной волной, можно ускорить заряженные частицы до больших энергий. При этом сам ускоритель будет очень компактным, почти настольным. Для сравнения, чтобы ускорить пучок на несколько ГэВ необходимы десятки или даже сотни метров обычного ускорителя, а кильватерное ускорение позволяет достичь этих же энергий при длине плазменной секции всего несколько сантиметров.
Из того, что известно мне, одна из ветвей развития экспериментов на установках, основанных на методе кильватерного ускорения, это достижение сверхвысоких энергий электронов и, возможно, изучение явлений Новой физики. Это направление развивают в ЦЕРН на эксперименте AWAKE. Другая ветвь развития экспериментов – создание компактных ускорителей, которые смогут себе позволить даже маленькие лаборатории.
Но мы в лаборатории занимаемся не экспериментами по кильватерному ускорению, а его моделированием. Поэтому мои первые и все последующие задачи в рамках работы в лаборатории связаны именно с этим. Тем летом перед первым курсом мы в ИЯФе моделировали кильватерное ускорение для проекта XCELS (Институт прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН, Саров), проводили для них параметрический поиск, то есть подбирали наиболее оптимальные параметры лазера, плазмы и ускоряемого электронного сгустка, при которых ускорение будет максимальным. Задача оказалась идеальной для вчерашнего школьника, пришедшего в ИЯФ.
Игорь Лотов на лыжной эстафете. Фото из личного архива.
Сейчас я работаю над совершенствованием LCODE – нашего кода с квазистатическим приближением, которым мы и моделируем кильватерное ускорение. В этом методе ускорения есть интересный эффект, который называется самозахват плазменных частиц. Он происходит, когда в плазму инжектируется очень мощный пучок частиц. В этом случае он так сильно расталкивает электроны, что сразу позади него возникает область без электронов, или каверна. Дальше при определенных обстоятельствах электроны из волны попадают в сильное электрическое поле внутри каверны и начинают лететь вслед за пучком. По сути пучок утаскивает за собой часть электронов из плазмы. Это позволяет отказаться от отдельного инжектора электронов. Получается, что можно разрабатывать не только компактные, но и более простые ускорители частиц. В теории это может быть применимо в медицине. Например, сейчас развиваются методики лечения рака с помощью ускорителей. Используя эффект самозахвата, можно генерировать ускоренные электроны сразу перед вылетом из установки без специальных громоздких каналов для их транспортировки от отдельно стоящего ускорителя.
Наш код, который мы используем в работе, из-за специфики квазистатического приближения и специфики процесса самозахвата, к сожалению, моделировать его не может. В общем физика процесса самоинжекции не вяжется с приближением, а надо, чтобы вязалась – вот над этим я и работаю. Исследованием процесса самозахвата сейчас занимаются многие лаборатории в мире, и всем им нужно моделирование. Если мы научимся считать этот процесс, то будет очень здорово.
– Когда и где будет построена установка на основе кильватерного ускорения, моделирование которого будет сделано при помощи кода с квазистатическим приближением?
– Такие установки уже есть. Пожалуй, самые крупные из таких экспериментов, которые моделировали в нашей лаборатории – это FACET (SLAC) и AWAKE (CERN).
– Чем тебе нравится физика?
– Больше всего нравится красота задачи. Когда оказывается, что в задаче находятся какие-нибудь неочевидные сразу закономерности, что-нибудь интересное, что открывает ее по-новому, или даже просто красивые картинки.
– Чем еще ты любишь заниматься помимо физики?
– Я люблю заниматься спортом, хотя правильнее было бы сказать, что я понимаю, что нужно заниматься спортом. Из того, что я успел попробовать, больше всего мне по душе лыжи. Времени на них не сильно много, но в лыжных гонках между лабораториями ИЯФ я принимаю участие всегда. В этом сезоне мы выступили очень хорошо, возможно, даже обойдем коллег с экспериментального производства и возьмем кубок.
Подготовила Татьяна Морозова