О конкурсе
Конкурс «Be First» проводится на протяжении пяти лет издательством «Директ-Медиа» совместно с компанией «Антиплагиат», журналом «Университетская книга» и компанией НЭИКОН. Работы принимают по 14 дисциплинам, среди которых как гуманитарные науки (филология, история, педагогика, право и экономика), так и технические и естественнонаучные. В каждой из дисциплин выбирается один победитель среди бакалавров и один — среди магистров.
Среди экспертов конкурса — известные российские ученые, преподаватели ведущих вузов России и специалисты по каждой из 14 научных областей. Главными критериями оценивания работ являются их актуальность, ценность для науки и уровень проработанности темы — в том числе качество использованных источников и способность правильно их применить в практической плоскости.
Фундаментальная физика и студенческий клуб о науке
Вадим, расскажите подробнее: как вы попали на конкурс, почему решили участвовать?
О конкурсе я узнал на информационной площадке ИСУ. Получилось так, что меня не выдвинули на внутренний конкурс НИВКР в ИТМО, поэтому я решил податься на внешний конкурс. Регистрация была совсем простая: нужно было просто указать персональные данные и залить pdf-файл самой ВКР. Я заполнил заявку и забыл о ней практически до августа, пока мне неожиданно не написали, что я победил.
Чему посвящена ваша работа?
Полное название моей дипломной работы — «Расширенные орбиты заряженных микрочастиц в линейной электродинамической ловушке».
Со своей научной группой я занимаюсь локализацией объектов в электродинамических и оптических ловушках. Линейная электродинамическая ловушка — это прибор, который состоит из четырех цилиндрических электродов — они генерируют электрическое квадрупольное поле — и двух запирающих электродов — они ограничивают область локализации вдоль оси ловушки. В таком поле можно локализовать заряженные частицы, например, мы в своих экспериментах используем микросферы боросиликатного стекла, споры и некоторые другие органические объекты.
При определенных условиях локализации частица начинает двигаться не по малоамплитудной прямой траектории, а по весьма специфической «расширенной орбите», в частности — в форме ромба или четырехконечной звезды. Проявление такого эффекта зависит как от характеристик, так и от скорости частицы: при определенных параметрах питания ловушки в достаточно сильных полях частица разгоняется до определенного порога, после которого ее динамика принимает турбулентный характер.
При этом существует определенная граница между ламинарным и турбулентным движением, зависящая как от характеристик плененной частицы, так и от параметров удерживающего поля, — как раз это я и рассматривал в своей ВКР.
Также я предложил новый метод оценки характеристик локализованной частицы — ее массы, размера и заряда, — в зависимости от формы расширенной орбиты. То есть я предлагаю как метод, так и сам прибор, который сконструировал сам. На самом деле, ниша по приборам, которые могут определять характеристики одиночных микро- и нанообъектов, при этом не разрушая их, — свободна. Так что разработка может быть весьма перспективной.
А как насчет расширенных орбит, насколько это изученная тема?
Тема расширенных орбит известна научному сообществу, но пока что изучена весьма поверхностно. Вообще с ионными ловушками делают очень много интересных вещей: например, пытаются реализовать квантовый процессор, занимаются масс-спектрометрией, усовершенствованием стандартов частоты.
Так что сам прибор очень много где применяется, однако исследование конкретно расширенных орбит почему-то совсем не популярно. Наша лаборатория в этом плане не то что бы первооткрыватель — расширенные орбиты, конечно, были известны и до этого, но мы пытаемся развивать эту тему дальше.
Заняться этой темой было вашей инициативой или предложением от научного руководителя?
Вообще, ионными ловушками и локализацией частиц я занимаюсь со второго курса бакалавриата, но исследовать расширенные орбиты было моей инициативой — фактически зависимость формы расширенной орбиты и характеристик локализованного объекта — результат моего наблюдения в ходе экспериментов.
При локализации, например, боросиликатных микросфер — их средний размер около 70 микрон — получаются орбиты в виде более округлых ромбов, при локализации же органических объектов — спор, средний размер которых около 30 микрон, — орбита имеет совершенно другую форму, более угловатую и резкую.
Это зависит от происхождения частиц, их формы или чего-то еще?
Как раз темой моей магистерской работы будет исследование этой зависимости. Вообще, по теории, которую я строил в своей ВКР, природа и форма частиц не учитывается. Форма орбит связана с размером, массой и зарядом. Причем очень важно отношение заряда к массе как отдельного параметра. Как раз через него можно и определить природу вещества локализованной частицы.
Каким образом?
В первую очередь, будет видно отличие в плотности объекта: например, зачастую плотность органических и неорганических веществ неодинакова. Также будет существовать разница и в поверхностном заряде: объекты разных классов будут иметь разный удельный поверхностный заряд. Отличие объектов разного размера и классов будет наблюдаться как раз в отношении заряда к массе.
Вы занимаетесь исследованием только этой темы или смежных тоже?
В этом году у меня было опубликовано пять работ, только две из них пересекаются с темой ВКР.
В нашей научной группе под руководством профессора Юрия Владимировича Рождественского мы сейчас активно занимаемся изучением разрушения симметрии в кулоновских структурах. Когда в ловушке локализована не одна частица, а целое их облако, частицы выстраиваются в определенную упорядоченную структуру — потому что заряженные частицы взаимодействуют не только с полем ловушки, но и друг с другом.
В своих работах мы, в частности, пишем, о необходимости учитывать те факторы, которые связаны с влиянием на структуру полей запирающих электродов. В подавляющем большинстве отечественных и зарубежных работ, если не во всех, при описании кулоновских структур в линейных ловушках учитывается только поле основных линейных электродов, а влияние поля торцевых электродов считается незначительным. На самом же деле такое допущение неверно.
Почему так?
Наверное, так исторически сложилось — считать это влияние незначительным. В своих работах мы показываем, что даже небольшое поле от торцевых электродов вносит значительное изменение в конфигурацию поля всей ловушки.
Чем еще занимается ваша лаборатория?
В нашей лаборатории при центре информационных оптических технологий (ЦИОТ), помимо упомянутых направлений, связанных с расширенными орбитами и кулоновскими структурами, мы занимаемся локализацией микрообъектов на поверхностной электродинамической ловушке и в оптическом пинцете, самоподобными дендритными структурами, теорией хаоса и рядом смежных и вспомогательных дисциплин.
Мы с коллегами основали студенческий клуб «It`s a trap» — название обыгрывает тот факт, что мы работаем с ионными ловушками. Недавно мы пригласили около 15 способных и амбициозных первокурсников бакалавриата с совершенно разных факультетов и направлений: компьютерных технологий, Нового физтеха, лазерных технологий и даже несколько биологов.
Мы хотим подготовить последователей, которые в дальнейшем подхватят те задачи, над которыми мы работаем, и помогут нам в их реализации. У нас очень много идей, драфтов статей, незаконченных теоретических и экспериментальных работ— но нам не хватает рук, чтобы всем этим заниматься.
К тому же, у нас существует большой спектр прикладных программистских задач в плане обработки экспериментов, автоматизации некоторых процессов. И для этого нам необходимы специалисты, знающие, к примеру, машинное обучение, которых мы сами и планируем готовить.
Первую группу способных ребят мы набрали на Introduction Days из тех, кому была интересна сфера фундаментальной физики. Пока что план у нас такой: в первом семестре мы будем индивидуально с каждым заниматься базовой теорией, чтобы они понимали, что у нас вообще происходит. А уже во втором семестре или чуть позже будем потихоньку привлекать их к реальным задачам лаборатории и учить академическому письму — чтобы они умели писать статьи и публиковаться в хороших индексируемых журналах.
Расскажите о ваших дальнейших планах, вы планируете посвятить себя научной карьере?
Я поступил в магистратуру на программу «Физика и технология наноструктур» и планирую устроиться сотрудником в лабораторию ближе к концу осени. Дальше хочу пойду в аспирантуру и строить научную карьеру. Планирую брать грант на дальнейшую разработку метода, который я предложил в своей ВКР. Надеюсь, что из этого выйдет что-то большее, чем просто дипломная работа.
