«Наука — это непрерывный процесс»: лауреат ITMO Fellowship Дмитрий Глазов — об исследованиях, которые помогут найти темную материю

— Расскажите, пожалуйста, с каким научным направлением связаны ваши исследования?

— Я занимаюсь теорией простых атомов и молекул. Мои исследования связаны с высокоточными экспериментами, где измеряются разные параметры этих систем, в первую очередь спектры. В нашей группе вместе с Андреем Волоткой мы вычисляем эти спектры с помощью квантовой электродинамики. Сравнивая предсказания теории с экспериментом, можно получать интересные результаты: например, определять фундаментальные константы и параметры ядер, искать тонкие интересные эффекты в рамках стандартной модели, а также новую физику за её пределами.

Это фундаментальное направление, и пока сложно говорить о конкретном практическом применении наших исследований. Но вероятно, в будущем на их основе можно будет создать, например, новые вычислительные устройства. Так происходит со всеми важными открытиями в физике — они превращаются в полезные вещи, которыми мы пользуемся. Электричество и магнетизм, радиоволны и радиоактивность — все это было когда-то интересно только физикам.

— Почему вы в принципе решили заниматься наукой?

— Мне с детства была интересна физика — этот предмет мне больше всего нравился в школе. Я поступил на физфак СПбГУ и попал в группу Владимира Шабаева, где мы занимались квантовой электродинамикой многозарядных ионов. После окончания учебы я часто ездил в Европу, но продолжал работать в СПбГУ, а недавно перешел в ИТМО, где работаю по программе ITMO Fellowship. Я теоретик по складу ума, мне очень сложно представить себя экспериментатором. Они думают и работают по-другому, это совершенно иной мир.

— Чем вас привлек ИТМО? И какие у вас впечатления от работы на новом месте?

— Я узнал о программе ITMO Fellowship от своего друга Андрея Волотки. Мы вместе учились, потом он уехал в Германию, в 2020 году вернулся в Россию и по этой же программе пришел работать на Новый физтех ИТМО. В 2022 году я стал думать о переменах в своей карьере: был вариант уехать в Европу, но я все взвесил и понял, что ITMO Fellowship подойдет мне лучше всего.

Мне нравится, что на Новом физтехе очень прозрачно организована работа. Ты знаешь, чем занимаются все твои коллеги, мы постоянно общаемся и находим пересечения наших проектов. При этом, с одной стороны, есть четкие правила работы, но с другой — существует очень большая степень свободы. Здесь я реализую свои амбиции и проявляю способности, которые раньше не находили применения. Например, я начал читать научно-популярные лекции, организовывать семинары, придумывать проекты для студентов и школьников.

— Над какими исследованиями вы сейчас работаете в ИТМО?

— Мой проект называется «Релятивистские КЭД эффекты для атомов и молекул во внешних полях» и включает решение разных задач, связанных со свойствами таких систем. Мы изучаем микроскопические объекты — атомы и молекулы, которые описываются квантовой механикой, или, более точно, квантовой теорией поля. Этой теории уже почти 100 лет, но все еще не до конца понятно, насколько хорошо она работает — многие проблемы связаны с тем, что наша модель, по-видимому, неполная. Мы хотим понять, как ее нужно дополнить и усовершенствовать, в том числе, чтобы она смогла ответить на различные открытые вопросы — например, что такое темная материя и темная энергия.

Один из основных инструментов для решения этой задачи — специальные высокоточные эксперименты, которые будут чувствительны к новым, пока не известным нам взаимодействиям. Задача теоретика здесь — предложить такой эксперимент, где эти взаимодействия будут заметны, и посчитать все нужные свойства исследуемой системы. Грубо говоря, нам нужно придумывать эксперименты, в которых мы сможем посчитать систему без учета темной материи и с учетом темной материи, чтобы увидеть разницу между ними. Для этого мы проводим сложные расчеты в специальных компьютерных программах. Но сначала нужно поставить задачу, вывести формулы, аналитически решить возникающие проблемы, а потом уже написать программу, которая будет это считать. Полученными результатами мы делимся с экспериментаторами, чтобы они могли сначала спланировать измерение, а затем интерпретировать его результат.

Прочитайте также:

Никто не видел, но все знают: что такое темная материя и как ее изучают

Ученые из Петербурга описали материал, моделирующий свойства частиц темной материи

― Вы уже сказали, что занимаетесь фундаментальной наукой. Тем не менее, где в перспективе могут быть полезны результаты ваших текущих исследований?

— Мы ищем любые эффекты за рамками стандартной модели, в том числе темную материю. Из более частных задач — определяем параметры ядер, магнитные моменты, радиусы и другие свойства ядер, которые будут использоваться в самых разных приложениях. Например, в квантовой физике есть такой интересный проект — построение ядерных часов. Все уже знают про атомные часы (прибор, который измеряет время за счет частоты электронного перехода в оболочке атома — прим. автора), которые считаются на сегодня самыми точными. Часы, которые будут в 100 раз точнее, можно построить уже на основе ядерных состояний. Но для этого следует найти подходящий переход, который можно возбуждать оптическим лазером, и измерить параметры ядра с высокой точностью — здесь тоже нужна теория.

Зачем нужны ядерные часы? С одной стороны, благодаря своим свойствам они должны дать новую важную информацию о фундаментальных взаимодействиях и даже помочь обнаружить проявления новой физики. С другой стороны, уже сегодня на основе атомных часов работают спутниковые навигационные системы. Наверняка вас раздражает, когда телефон определяет вашу геолокацию и рисует круг на целый квартал? А теперь представьте себе, что он стабильно определяет ваше местоположение с точностью до сантиметра! И это лишь одно из возможных применений таких сверхточных часов, есть и множество других, без которых невозможно представить себе современный мир — например, синхронизация потоков данных в интернете.

— Каким вы видите результат своей работы в ИТМО?

— Сложно сказать про конкретный результат, потому что наука — это непрерывный процесс: мы постоянно получаем новые результаты, публикуем статьи, делаем новые проекты. Поэтому я бы сказал не про результат, а скорее про направление, которое хочется развивать. Я хочу, чтобы на Новом физтехе развивалась теоретическая и, в том числе, атомная физика, хочу привлечь сюда специалистов в этой области. И, конечно, хочу заинтересовать этим студентов.

Кроме того, я увлекаюсь астрофизикой, в последнее время начал всерьез ее изучать. Пока этого направления нет в ИТМО, но я мечтаю о том, что смогу его здесь организовать и привлечь экспертов по этой тематике. Я уже вижу, что студентам интересны исследования, связанные с космосом, и они сами хотели бы этим заниматься.

— А чем вы занимаетесь в свободное время?

— Увлечение астрофизикой постепенно привело меня к новому занятию — я стал писать сценарии для одного научно-популярного канала в YouTube. Я очень люблю музыку, слушаю самую разную — от классики до синти-попа, от кантри до хард-рока. У нас на физтехе каждую неделю выходит газета New Physics Times — я делаю для нее плейлист. А еще я играю в большой и в настольный теннис и катаюсь на велосипеде.