Молодые ученые МИФИ о работе в ATLAS

Группа ATLAS НИЯУ МИФИ среди самых молодых по составу не только в университете, но и в самой коллаборации ATLAS. Это качество ей обеспечил большой приток студентов и аспирантов от кафедры №40 «Физика элементарных частиц» в течение последних пяти лет. Именно благодаря молодым сотрудникам группе удалось расширить круг своих исследований и закрепиться сразу в нескольких направлениях научной деятельности на Большом адронном коллайдере (БАК). Сейчас наши сотрудники работают в областях, связанных с разработкой новых и поддержкой действующих детекторов в ATLAS, в физических исследованиях протон-протонных и ион-ионных столкновений, а также в области IT. Все это благоприятно сказалось на имидже не только кафедры физики элементарных частиц, но и всего вуза в целом.

Последние несколько лет сотрудники из группы ATLAS НИЯУ МИФИ ежегодно представляют честь университета на нескольких крупнейших конференциях по физике высоких энергий с докладами коллаборации. В то же время растет доля наших авторов в официальном коллаборационном списке эксперимента ATLAS. Эти достижения являются результатом успешной и плодотворной работы наших молодых специалистов в коллаборации.

Руководитель группы ATLAS НИЯУ МИФИ Анатолий Романюк рассказал про успехи и планы группы, а молодые ученые – про свои научные исследования, планы на будущее, учёбу в аспирантуре и опыт работы в большой коллаборации.

Молодые сотрудники из группы ATLAS НИЯУ МИФИ.

Слева направо Даниил Пономаренко, Константин Воробьев, Никита Беляев, Михаил Бородин, Надежда Проклова, Анатолий Романюк, Евгений Шульга, Петр Тетерин, Димитрий Краснопевцев, Евгений Солдатов

Анатолий Самсонович, к. ф.-м. н. профессор кафедры №40

- Много ли в группе ATLAS НИЯУ МИФИ молодых сотрудников? Какие недавние результаты группы Вы бы отметили?

- В нашей группе сейчас практически все молодые. Был такой период, когда молодые люди не хотели идти в нашу специальность, т.е. в область физики высоких энергий. Не потому, что были глупые, но просто у них приоритеты были другие. Не зря ходят слухи, что тяжело работать в этой области науки и что зарплата низкая. Оно частично и сейчас так осталось, но интерес стал больше, отчасти из-за БАК. Мы делаем очень много для популяризации этого направления.

Первым молодым ребятам на моей памяти было тяжело. Подготовка из МИФИ у них не была достаточной для того, чтобы включиться эффективно в работу. Им пришлось активно расти, и сейчас многие уже получают очень интересные результаты.

У нас есть группа, которая занимается исследованием рождения векторных бозонов в протон-протонных столкновениях. Эта группа уже опубликовала несколько статей, где впервые были рассмотрены процессы взаимодействия векторных бозонов, чувствительных к новой физике. Если такая физика существует, то в этих процессах можно наблюдать отклонения от предсказаний Стандартной Модели в определенном диапазоне энергий частиц. Ребята сделали хорошую работу, статистически значимых отклонений пока найдено не было, и в статьях были представлены ограничения на параметры, описывающие физику вне рамок СМ. Но здесь обязательно надо продолжать исследования при более высоких энергиях, потому что уже в этих работах наблюдались небольшие превышения по сравнению с предсказаниями теории. Речь идет пока только о нескольких событиях, но именно поэтому нужно продолжить и понять в чем тут дело: это статистическая флуктуация или новый эффект.

Второе достижение, которое мне кажется важным, это результаты по поиску темной материи. Мы рассматриваем гипотезу о композиционной темной материи, которая представляет собой некоторую частицу, например с зарядом два, связанную с ядром гелия. Ядро гелия положительно заряжено, а гипотетическая частица – отрицательно. Вещество, образованное после их объединения, практически ни с чем не взаимодействует. В наших исследованиях нам уже удалось установить строгие ограничения на массу таких частиц. В случае, если мы не обнаружим такие частицы на статистике этого и следующего годов, можно будет говорить о закрытии этой гипотезы. С точки зрения фундаментальной науки это важный результат.

- Расскажите, пожалуйста, про вклад российских вузов в работу Большого адронного коллайдера.

- На заре создания БАК Россия сделала очень многое, чтобы этот проект состоялся. Вот, например, в Новосибирске было сделано более тысячи магнитов для ЦЕРНа. В каждом эксперименте на БАК есть части, которые были сделаны в РФ. Так, например, калориметр в эксперименте CMS состоит из специального тяжелого стекла, которое было произведено в Богородицке. Адронный калориметр в ATLAS был в значительной степени сделан в Дубне. Наша группа обеспечивает поддержку детектора, который был идеологически рожден в НИЯУ МИФИ. Во главе этих разработок стоял Борис Анатольевич Долгошеин.

Я помню, как в 1989 году он пригласил меня и сказал: «Толя, есть задача. Будет ли она тебе интересна?». Мне показался этот проект очень перспективным. Мы тогда только задумывали Трековый Детектор Переходного Излучения (Transition Radiation Tracker, TRT). Борис Анатольевич умел создавать творческую атмосферу. Очень хотелось работать и проверять различные идеи, даже если они казались сложными в реализации. Ценой многих усилий мы тогда разработали предложение по созданию TRT. Предложение было одобрено и началось строительство. Ученые из ЦЕРНа тоже внесли огромный вклад в создание детектора с инженерной точки зрения. Сборка детектора велась в России (ПИЯФ, ОИЯИ) и в Америке.

Со стороны нашей группы проводили научные исследования, чтобы обеспечить их рекомендациями. Разработанные нами тонкостенные пластиковые пропорциональные дрейфовые трубки – это абсолютно уникальный детекторный элемент. Таких трубок в детекторе 300 тысяч. Эти трубки не только радиационно устойчивы. Внутри их происходят сложные электрохимические процессы, которые разрушают обычные материалы. Достаточно сказать, что в результате процессов, связанных с ионизацией рабочего газа внутри трубок, в нашем детекторе выделяется пять киловатт энергии. С использованием этой технологии был создан также детектор переходного излучения для другого эксперимента – AMS, который сейчас летает в космосе.

- Какие планы у группы ATLAS НИЯУ МИФИ в этом году?

- Самая важная задача – это сделать так, чтобы наш прибор, Трековый Детектор Переходного излучения, стабильно работал и позволял продолжать исследования, для которых он предназначен, в сложных для его работы условиях. Дальше условия будут еще жестче и нам надо найти способ, как обеспечить качественные физические данные.

Другое направление – это анализ физических данных. Сейчас набирается статистика, и, я думаю, у нашей группы есть все шансы получить очень интересные результаты в тех направлениях анализа, где мы работаем.

Никита Беляев, аспирант кафедры №40 МИФИ

- В данный момент ты много дежуришь в комнате управления экспериментом ATLAS. Расскажи, пожалуйста, в чём заключается твоя работа?

- Да, работа дежурного в комнате управления экспериментом занимает достаточное количество времени. Это важная задача, ведь она направлена на поддержку работоспособности всего эксперимента. Во время дежурства я слежу за тем, как функционирует Внутренний детектор эксперимента ATLAS и как набираются данные. Во Внутреннем детекторе мы регистрируем треки заряженных частиц. Он состоит из двух полупроводниковых детекторов и Трекового Детектора Переходного Излучения. За поддержку последнего во многом отвечает наша группа из МИФИ.

Интенсивность работы сильно зависит от времени года. Обычно в начале года ускоритель не работает, протонных столкновений нет, и поэтому следить нужно только за техническим состоянием детекторов. Это, как правило, очень спокойное время. В тот момент, когда протонные пучки возвращаются в кольцо ускорителя, и начинается набор данных, дел становится больше. Появляется необходимость следить за тем, какую конфигурацию имеет пучок, как на его сброс реагируют детекторы, нет ли перебоев с питанием и т.д. Некоторое время спустя, когда ситуация стабилизируется и идёт спокойная запись информации, можно немного передохнуть. Но бдительность во время дежурства терять не стоит никогда.

- Чем тебя привлекает работа в комнате управления?

- Прежде всего, это интересно. Можно прикоснуться непосредственно к эксперименту. Мои теоретические исследования нельзя сравнить с экспериментальными. Это очень захватывающее чувство, когда видишь, как на твоих глазах набирается массовый пик Z бозонов. Становится понятно, что в данную минуту ведётся эксперимент, результаты которого в том числе зависят и от тебя. В обязанности дежурного (мы здесь зовем себя шифтерами, от английского слова «shift») входит обновление калибровок в зависимости от условий сбора данных, во время появления стабильных пучков выводить детекторы в рабочий режим и т.д. Также я считаю, очень важным общение с другими экспертами, которые работают буквально за соседним столом. Во время таких обсуждений набираешься опыта, а это всегда полезно в работе и учёбе.

Евгений Солдатов, кандидат физико-математических наук, ассистент на кафедре №40 МИФИ

- Расскажи, пожалуйста, о своей работе в коллаборации ATLAS?

- Мы совсем недавно выпустили интересную статью совместно с коллегами из США. Это исследование посвящено ассоциированному рождению Z бозонов с одним или с двумя фотонами. Исследовались процессы, где Z бозон распадается на пару заряженных лептонов (электронов, мюонов) или на пару нейтрино. Процессы с одним фотоном изучались и раньше, при участии опять же нашей группы, но рождение с двумя гамма квантами на БАК изучалось впервые. Мы достигли высокой точности в измерении сечений для процессов с одним фотоном и показали, что отклонений от предсказаний Стандартной модели не наблюдается. Нам удалось поставить самые строгие ограничения на новую физику – расширение существующей теории, в которой присутствуют аномальные взаимодействия трех нейтральных калибровочных бозонов. Что касается канала с двумя фотонами, здесь статистика была небольшая, но даже этого оказалось достаточно, чтобы заметить небольшие отклонения от предсказаний СМ при больших энергиях инвариантной массы двух фотонов. Эти отклонения имеют низкую значимость, поэтому говорить об открытии нельзя. Но мы надеемся продолжить исследования на новых данных, и к 2019 году, я думаю, можно ожидать еще одну интересную статью.

Кроме того, наша группа отдельно занимается исследованием редкого типа ассоциированного рождения Z бозона и фотона, а именно совместно с двумя адронными струями. Это очень редкий процесс, который стал доступен для изучения только на экспериментах БАК. Ассоциированное рождение Z и фотона, может происходить при помощи нескольких механизмов: сильное или электрослабое взаимодействия. Наибольшую вероятность имеет первый процесс, однако при помощи отбора событий с адронными струями мы можем выделить вторую компоненту.

Наша группа из НИЯУ МИФИ в этом исследовании также работала с иностранными коллегами. Полученные результаты уже отправлены в печать. Особенно приятно отметить, что исследования выполненные сотрудниками НИЯУ МИФИ в рамках этой коллаборации и связанные с изучением ассоциированного рождения Z и фотона с последующим распадом Z бозона в нейтрино, являются первыми в мире. Но времени расслабляться у нас нет, потому что конкуренты, прежде всего из эксперимента CMS, уже «наступают на пятки». Сейчас мы начинаем новое и более детальное исследование этого процесса на данных от протон-протонных столкновений с энергией 13 ТэВ.

- Недавно ты защитил кандидатскую диссертацию, что было самое сложное для тебя?

- Я проделал достаточно большую работу. Это касается и исследования и подготовки бумаг. Бумаг надо очень много и до, и после защиты. Но в этом есть и позитивные стороны. Когда ты готовишь эти бумаги, формулировки оттачиваются до блеска, это помогает потом с подачей заявок на гранты, потому что спрашивают там примерно то же самое: новизну, практическую значимость, актуальность исследования. Но сделать всё корректно было непросто.

- Что ожидает молодого кандидата наук после защиты?

- Иностранный опыт говорит о том, что когда ты защитился – ищешь себе позицию постдока. Тогда тебе могут поручить руководство группой студентов и аспирантов. Возможен вариант, когда ты работаешь как передаточное звено от профессора к его аспирантам. Это в некотором смысле пирамидальная модель. В российской системе мы сейчас идем к тому же. Я, конечно, хотел бы попробовать руководить группой, мне это интересно. В настоящий момент планирую продолжать подавать на гранты и участвовать в развитии нашей группы ATLAS НИЯУ МИФИ, в большей степени ее подгруппы, которая занимается изучением совместного рождения векторных бозонов. В России, правда, это непросто. Тут больше хотят быстрые результаты от проекта, от исследования.

Надежда Проклова, аспирантка кафедры №40 МИФИ

- Расскажи, пожалуйста, о твоем опыте обучения сразу в двух аспирантурах.

- Когда я окончила магистратуру МИФИ, передо мной стоял выбор: идти в аспирантуру этого вуза или попытаться найти другой вариант. Основным моим приоритетом, конечно, была аспирантура в МИФИ, но конкурс был достаточно большой, и я боялась, что меня не возьмут. Поэтому, как запасной вариант, я рассылала заявления в зарубежные вузы на позицию PhD. В какой-то момент мне ответили из Университета Неймегена, который расположен в Нидерландах и в котором расположен филиал Nikhef (крупнейший национальный исследовательский институт по субатомной физике), что возможен вариант совместной аспирантуры.

Дальше было необходимо заключить соглашение между двумя университетами. Согласно этому соглашению я большую часть времени учусь в МИФИ, но обязательно три месяца в году я должна проводить в Нидерландах. Защита ожидается в Университете Неймегена при непосредственном участии делегатов из МИФИ. В результате у меня сейчас два научных руководителя: один из МИФИ, другой из института Неймегена. Это и сложно, и интересно одновременно.

- С чем связана твоя диссертационная работа?

- Моя работа связана с поиском бозона Хиггса. Мне предстоит исследовать канал распада бозона Хиггса, в котором появляется Z бозон с ассоциированным фотоном. Это очень редкий процесс и надежно его зафиксировать можно будет только на данных 2017-2018 годов. Если все пройдет, как задумано, то мы сможем подтвердить предсказания СМ с более высокой точностью.

- В рамках своей работы в коллаборации ты помогала готовить детектор к запуску. Как это происходило?

- Да, в этом году я принимала участие в подготовке ATLAS к новому сеансу столкновений. Мы спускались вниз и ползали внутри детектора с такими небольшими пылесосами и всё внутри убирали, работали два дня несколько групп, каждая группа по четыре часа. ATLAS – детектор огромный, и нужно проверить миллиметр за миллиметром. Это важно, потому что любая забытая гайка может вывести из строя весь детектор.

Мне было очень интересно посмотреть на детектор изнутри. Это на самом деле очень большая установка – размером с многоэтажный дом. Внутри всё выглядит как в космическом корабле. Здорово, что была такая возможность прикоснуться непосредственно к самому эксперименту.

Интервью подготовила Екатерина Орешкина

Редакция текста Димитрий Краснопевцев