Преодолевая вызовы: за что российский ученый получил награду в ЦЕРН

МОСКВА, 12 фев – РИА Новости. Инженер кафедры физики элементарных частиц Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Даниил Пономаренко получил премию за выдающиеся достижения перед коллаборацией ATLAS, которая проводит эксперименты на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Какой вклад российского физика был отмечен престижной международной наградой? Какие качества нужны ученому, который хочет работать на переднем плане науки? Об этом Даниил Пономаренко рассказал корреспонденту проекта "Социальный навигатор" МИА "Россия сегодня".

- Даниил Евгеньевич, расскажите, пожалуйста, за что вам присуждена премия?

- Коллаборация ATLAS присуждает своим участникам премию за выдающийся вклад последние несколько лет. Каждый год лауреатами становятся 10-15 человек из примерно 5,5 тысяч сотрудников.

Конечно, для ATLAS имеет значение вклад каждого специалиста в общее дело. Но приоритетными признаются работы, которые решают критически важные задачи и позволяют всей коллаборации двигаться дальше – собирать новые данные, открывать "новую физику" и так далее. Это может быть, например, разработка нового формата хранения данных или нового триггера. Такие "прорывные" достижения и награждаются премиями.

Мне присудили премию в составе международного коллектива из семи человек, куда, кроме меня, входят аспиранты и молодые ученые из нескольких известных университетов США. Мы работаем над обеспечением и модернизацией работы детектора TRT в эксперименте ATLAS.

- Что это за детектор?

- Детектор TRT – одна из подсистем эксперимента ATLAS. Он отслеживает треки частиц, измеряет их импульсы и проводит их идентификацию – есть ли среди них фотоны переходного излучения, электроны или какие-то другие типы частиц. То есть, это очень важная часть общей системы. Большой вклад в создание детектора TRT внесла кафедра физики элементарных частиц Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ, в особенности, один из ее основателей – Борис Анатольевич Долгошеин.

В целом, ATLAS можно сравнить с фотоаппаратом. Обычный фотоаппарат собирает свет, фиксирует, где пролетели фотоны, и восстанавливает из этого изображение. ATLAS же направлен в микромир, и он регистрирует элементарные частицы – в основном продукты распада нестабильных частиц, которые родились при столкновении протонов в самом центре эксперимента.

Продолжая аналогию с фотоаппаратом, отмечу, что современные камеры умеют снимать со скоростью 120 кадров в секунду и, может чуть больше. В нашем же случае мы непрерывно делаем 100 тысяч кадров в секунду, однако далеко не все "кадры" интересны с точки зрения физики. Многие являются отражением хорошо изученных процессов, а другие бывают похожи на очень редкие события, за которыми мы охотимся. Для отбора событий в нашем распоряжении есть система триггерного отбора. И тут мы подходим к причине, по которой коллаборация отметила нашу работу.

Изначально, когда создавался детектор TRT, предполагалось, что количество столкновений в центре эксперимента ATLAS не будет превышать примерно 20 пар "протон-протон". Это давало первоначальную оценку необходимой пропускной способности для потока данных с детектора. Но ситуация изменилась, теперь мы сталкиваем больше 50 "протон-протонных" пар за событие. Следовательно, возрастает количество треков, оставленных в детектореTRT, и количество запросов триггера на сохранение данных события как интересного. В результате, поток данных многократно вырос.

Это бросает вызов для системы, которая изначально не проектировалась для такой эксплуатации. Конечно, на стадии разработки и строительства в детекторе TRT был заложен запас прочности, но он совершенно не был рассчитан на сегодняшние условия работы и нагрузку.

- Какую задачу решает ваша научная группа?

- Нашей команде удалось провести оптимизацию программного обеспечения, провести апгрейд электроники и взять из запаса прочности практически все возможное. В целом, мы занимаемся обслуживанием и оптимизацией системы сбора данных с детектора TRT, чтобы он мог успешно проводить измерения в более жестких условиях, при повышенных загрузках и увеличенной скорости считывания триггера.

У нас есть специалисты, которые занимаются только "железом", я же больше занимаюсь "софтом", хотя иногда приходится выполнять и другие задачи – тестировать оборудование, менять электронику…

- Как вы попали в ЦЕРН?

- Я закончил бакалавриат и магистратуру в НИЯУ МИФИ, поступил в аспирантуру, затем продолжил обучение в совместной аспирантуре с университетом Святого Радбода Утрехтского (Radboud University) в Нидерландах по направлению физики высоких энергий. Сейчас я работаю над диссертацией посвященной проверке Стандартной модели и планирую ее защитить в ближайшее время.

В коллаборацию ATLAS, в группу моего научного руководителя Анатолия Самсоновича Романюка я пришел в 2015 году. Тогда мне было предложено поработать над системой сбора данных, восстановить тестовый стенд и помочь научной группе с подготовкой детектора к модернизации. Мне понравились проекты, с тех пор я продолжаю работать в этом направлении.

После защиты диссертации я планирую продолжать работу на детекторе TRT. Следующий набор данных мы начнем весной 2021 года и пока планируем закончить его к концу 2024 году. Далее в коллаборации ATLAS запланирована масштабная модернизация эксперимента, а до этого момента я буду заниматься обеспечением полной работоспособности детектора.

- Что бы вы посоветовали школьнику, который мечтает попасть на Большой адронный коллайдер?

- В МИФИ любят говорить, что дорога появляется под ногами идущего. Для начала, нужно понять, чего вы хотите от жизни. Наша работа может быть безумно интересной, но и очень сложной. Периодически приходится заниматься очень монотонными, скучными вещами, решать очень срочные и сложные проблемы. Кроме того, в коллаборации существует большая внутренняя конкуренция, и, если вы упустите инициативу, тут же кто-то другой подхватит вашу работу, а вы останетесь на обочине. Чтобы быть на острие науки и все успевать, надо постоянно очень быстро бежать, развиваться, и многих это выматывает.

Кроме того, многое зависит от того, чем именно вы планируете заниматься. Если вас интересует анализ данных, то вам придется очень много времени проводить за программированием. Вы должны быть хорошим физиком, но при этом у вас обязательно должны быть сильные навыки программирования и data science. Если вы хотите работать непосредственно с детектором, то кроме понимания, как работает оборудование, вам обязательно нужно будет знание физики, за которой ваш детектор охотится.

В любом случае, вам нужно будет разбираться в нескольких областях науки, и искренне их любить, потому что в каждой из них вы будете проводить очень много времени. Тем не менее это интересный путь, и начать движение по нему можно в МИФИ, где многие кафедры участвуют в экспериментах на Большом адронном коллайдере.

- На каком курсе студенты начинают заниматься научной работой?

- Обычно студенты приступают к научной работе после второго курса. На нашей кафедре мы потихоньку, от простого к сложному, вводим студентов в курс дела, рассказываем, как устроен коллайдер, как работают детекторы, как делается анализ данных, готовим их к экспериментальной работе. У нас есть специальные курсы по статистике, физике элементарный частиц и другим разделам физики. Поэтому у нас с кафедры выходят хорошо подготовленные специалисты, которые могут внести существенный вклад в исследования.

- Сегодня многие физики работают в составе коллабораций. Верно ли, что в таких огромных коллективах трудно отличиться, внести заметный личный вклад в общее дело?

- Действительно, работа в одиночку, во многом, уже закончилась. ЦЕРН создавался в 1950-х годах именно потому, что ни одна страна самостоятельно не могла осилить необходимые огромные проекты, и для их выполнения требовалось объединить научные коллективы и научные мощности.

Жизнь эксперимента ATLAS, в котором я участвую, состоит из титанических этапов: начиная с разработки и создания детекторов для подсистем, их установки на Большой адронный коллайдер, пусконаладочных работ, разработки программного обеспечения, до получения данных физического эксперимента, их обработки, десятков проверок со стороны сотен ученых со всего мира и, наконец, публикаций результатов.

Некоторые из перечисленных этапов повторяются многократно, в том числе, прямо сейчас. Регулярно возникают подводные камни и на их преодоление тратится колоссальное количество времени и сил каждого сотрудника. Тем не менее, коллаборация ATLAS старается выделять некоторых ученых, дополнительно их мотивировать.

Мы видим, что партнерство между университетами обычно дает очень хороший результат: кто-то хорош в одном, кто-то – в другом, и все это служит достижению общих целей.