Академгородок 2.0: НГТУ НЭТИ начинает подготовку специалистов для проектов класса «мегасайенс»

Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный технический университет НЭТИ договорились начать специализированную подготовку студентов кафедры электронных приборов НГТУ НЭТИ для кадрового обеспечения проектов класса «мегасайенс»: Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») и ускорительного комплекса со встречными электрон-позитронными пучками — Супер С-Тау фабрики. НГТУ НЭТИ будет готовить специалистов в области сверхвысокого вакуума, электроники, СВЧ-техники и программного обеспечения.

Договор подписали ректор НГТУ НЭТИ Анатолий Батаев и директор ИЯФ СО РАН академик РАН Павел Логачев. Со стороны ИЯФ СО РАН для координации сотрудничества назначен заведующий лабораторией 1-4 Александр Краснов, со стороны НГТУ НЭТИ — заведующий кафедрой электронных приборов Владимир Макуха.

Для создания ускорительного комплекса ЦКП «СКИФ» и Супер С-тау фабрики требуются специалисты различных направлений: физики и инженеры, работающие в области сверхвысокого вакуума, электроники, СВЧ-техники и программного обеспечения. Этот набор знаний, умений и навыков отражен в подписанном договоре. Для проектирования, строительства и запуска в эксплуатацию потребуется много квалифицированных специалистов в этих направлениях. Выпускники кафедры электронных приборов должны стать частью коллектива создателей этих уникальных научных проектов.

Подготовка части кадров для ЦКП «СКИФ» и Супер С-тау фабрики будет вестись в НГТУ НЭТИ. При участии сотрудников ИЯФ СО РАН для студентов будут сформулированы реальные технологические задачи для проработки в рамках проектной деятельности и выпускных работ совместно с преподавателями кафедры, с перспективой последующей реализации непосредственно в научном институте. Для студентов НГТУ НЭТИ планируется организовать курс специальных лабораторных занятий под задачи проектов «мегасайенс». Кроме того, предполагается изменение основной учебной программы: курсовые работы студентов по спецпредметам (вакуумная техника, программирование, автоматизация и т. д.) будут ориентированы на задачи для мегасайенс-проектов ИЯФ СО РАН.

 «Уже сейчас студенты кафедры электронных приборов вносят свой вклад в подготовку этих грандиозных научных проектов. Например, студентка группы РЭ3-51 Мария Рыбачек в рамках выполнения выпускной квалификационной работы бакалавра занимается проектированием учебной станции для работы с синхротронным излучением ЦКП «СКИФ». На этой станции студенты и аспиранты смогут овладеть методами проведения научных исследований с использованием синхротронного излучения», — говорит Владимир Макуха.

В рамках сотрудничества даже у студентов первых курсов кафедры электронных приборов появится возможность попробовать свои силы и познакомиться с большой наукой, прослушать цикл лекций от специалистов ИЯФ СО РАН, выполнить лабораторные и курсовые работы по тематике проектов с участием института и в дальнейшем провести в ЦКП «СКИФ» и на Супер С-Тау фабрике свою собственную научно-исследовательскую работу.  

«В ближайшее время мы планируем начать разработку и изготовление прототипов различных элементов ускорительного комплекса ЦКП «СКИФ». Предполагается, что в рамках нашего договора о сотрудничестве студенты НГТУ НЭТИ смогут принять активное участие в этой работе. Например, мы со своей стороны будем формулировать задачи для определннных подсистем, а студентам нужно будет находить решение на бумаге, доказывать, что эти решения реализуемы и, если будут хорошие предложения, воплощать их "в железе"», — рассказывает заведующий лабораторией 1-4 ИЯФ СО РАН Александр Краснов.

«Поскольку для реализации данных проектов требуются специалисты разного профиля (вакуумная техника, программирование, электроника и т. д.), особенно ценным является сотрудник, который владеет компетенциями сразу в нескольких смежных дисциплинах. Да, можно найти хорошего программиста, но найти программиста с хорошим знанием вакуумной техники крайне сложно. Можно найти инженера-электронщика, но крайне сложно — инженера-электронщика, умеющего работать с плазмой или разбирающегося в квантовой электронике. Сотрудники, понимающие сразу несколько областей работы сложных систем, а ЦКП «СКИФ» и Супер С-Тау фабрика как раз являются примерами таких систем, для данных проектов на вес золота, и именно таких готовят на кафедре электронных приборов РЭФ», — говорит сотрудник кафедры электронных приборов Дарья Боровикова.

Кафедра электронных приборов — не единственная в НГТУ, которая будет участвовать в подготовке кадров для проектов «мегасайенс». Осенью 2019 года на кафедре электрофизических установок и ускорителей (ЭФУиУ) физико-технического факультета НГТУ НЭТИ начнется набор на магистерскую программу по профилю «Радиофизические методы исследований». Перечень дисциплин программы согласован с руководством ИЯФ СО РАН. Практику студенты данной магистерской программы, как и всей кафедры ЭФУиУ, также будут проходить в лабораториях данного института, работая над реальными текущими задачами лабораторий. Сотрудники, а также выпускники кафедры ЭФУиУ активно включены в работы по данному проекту. В частности, возглавляет разработку синхротрона профессор кафедры, д.-м.н. Евгений Левичев, руководитель проектного офиса — доцент кафедры, к.ф.-м.н. Яков Ракшун. Заведует кафедрой советник директора ИЯФ СО РАН д.ф.-м.н., профессор Александр Бурдаков.

Проект ЦКП «СКИФ» реализуется в соответствии с поручением Президента РФ и является флагманом программы развития Новосибирского научного центра, известной как «Академгородок 2.0». Проект Супер С-тау фабрики, который в 2017 году был включен в План реализации Стратегии научно-технологического развития России, также вошел в число научных проектов, планируемых к реализации в рамках этой программы.

ЦКП «СКИФ» — это центр коллективного пользования, который будет включать в себя не только ускорительный комплекс — источник синхротронного излучения (СИ) четвертого поколения, но и развитую пользовательскую инфраструктуру: экспериментальные станции и лабораторный комплекс.

Запуск первой очереди проекта намечен на 2024 год: к этому времени будет построен не только синхротрон, за создание которого отвечает ИЯФ СО РАН, но и первые шесть пользовательских станций, которые будут использоваться для исследований в области структурной вирусологии, кристаллографии белков, материаловедении и многих других.

На сегодняшний день определены основные параметры будущего источника СИ: периметр накопительного кольца составит 476 метров, энергия — 3 ГэВ, горизонтальный эмиттанс — 90 пикометров  (при постановке специальных сверхпроводящих змеек можно будет уменьшить до 60 пикометров). Эмиттансом называют фазовый объем пучка в ускорителе — это одна из основных характеристик источников СИ. Чем меньше этот фазовый объем, тем выше яркость источника, а от яркости, в свою очередь, зависит эффективность экспериментов на пользовательских станциях. Но уменьшать эмиттанс до бесконечности невозможно — существует определенный предел, и параметры, которые запланировали ученые ИЯФ СО РАН для будущего синхротрона, будут приближены к нему вплотную.

Справка:

Супер С-Тау-фабрика — коллайдер с рекордной производительностью, который будет производить с-кварки (от англ. charm, очарованный) и тау-лептоны. Получение, регистрация и исследование этих частиц позволит улучшить понимание Стандартной модели, а также, возможно, поможет найти так называемую Новую физику — явления, выходящие за пределы Стандартной модели. Супер С-тау фабрика — один из семи проектов класса «мегасайенс», которые запланировано реализовать в России. К концу 2019 года новосибирские ученые должны предоставить проект и технико-экономическое обоснование, по которому руководство страны примет решение о финансировании строительства коллайдера.

Основу физической программы проекта составляют такие фундаментальные вопросы, как исследование смешивания в системе D-мезонов, поиск CP-нарушающих эффектов в распадах очарованных частиц, поиск Новой физики в редких или запрещенных Стандартной моделью распадах очарованных частиц и тау-лептона. Возможно, новый коллайдер поможет ученым понять, почему Вселенная состоит в основном из материи, хотя предполагается, что на начальном этапе возникновения Вселенной материи и антиматерии было поровну.

Слово «кварк» впервые появилось в романе Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану», где есть фраза «Три кварка для мистера Марка!». Что именно означало это слово, точно не известно, но в 60-е годы оно понравилось физикам. Под элементарными частицами в то время понимали в основном то, что мы сейчас называем «барионы» или «мезоны»; типичные их представители — это протон и нейтрон, которые образуют атомное ядро. Использовать термин «кварк» предложил американский физик, лауреат Нобелевской премии Мюррей Гелл-Манн в связи с разработанной им моделью построения барионов и мезонов из кварков. Сначала ученые думали, что существует только три вида кварков – верхний (u), нижний (d) и странный (s). Однако при такой модели теоретические расчеты расходились с реальными наблюдениями. Тогда ученые предложили, что должен быть четвертый кварк – очарованный (с), а в 1974 году он был открыт экспериментально. «Мы назвали наш кварк "очарованным", так как были восхищены и очарованы той симметрией, которую он внес в мир субъядерных частиц», — объяснил автор находки, нобелевский лауреат Шелдон Ли Глэшоу. Впоследствии были открыты еще два кварка: прелестный (b) и топ-кварк (t).

Справка:

Кафедра электронных приборов НГТУ НЭТИ существует с 1963 года, среди ее выпускников два академика РАН: ведущий специалист ИЯФ СО РАН Геннадий Николаевич Кулипанов и Вениамин Павлович Чеботаев (1938—1992).