Все новости

Мегагранты для больших открытий. Как нобелевский лауреат изучал лазеры в Нижнем Новгороде

Лауреат Нобелевской премии по физике Жерар Муру
© AP Photo/Christophe Ena
Под руководством Жерара Муру в ННГУ была открыта лаборатория экстремальных световых полей. С помощью правительственного гранта в России создается объект уровня "мегасайенс"

У лауреата Нобелевской премии по физике 2018 года Жерара Муру до сих пор есть свой кабинет в четвертом корпусе Нижегородского государственного университета (ННГУ). "Когда приезжают гости из других городов или стран, они могут посидеть в кресле Жерара за 100 долларов", — шутит заведующий кафедрой общей физики вуза Михаил Бакунов.

Муру получил премию за разработку ультракоротких световых импульсов. Это открытие используется, в частности, в операциях по коррекции зрения. Он сотрудничал с университетом в рамках программы так называемых мегагрантов, выделяемых правительством РФ для финансирования научных исследований и проектов. Так нижегородские ученые получили возможность поработать в международной команде, повысить свои компетенции, на базе вуза была организована ELSA Lab — лаборатория экстремальных световых полей под руководством французского физика.

Михаил Бакунов в рабочем кресле Жерара Муру в его кабинете в ННГУ Александр Бут/ТАСС
Описание
Михаил Бакунов в рабочем кресле Жерара Муру в его кабинете в ННГУ
© Александр Бут/ТАСС

Рождение материи

Муру сотрудничал с нижегородскими учеными с середины нулевых, когда в Институте прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) началась работа по созданию петаваттного лазера — мощнейшей лазерной установки.

"Поскольку это профильная тема Жерара, он уже тогда приезжал в Нижний Новгород на конференции и наладил множество контактов. Когда возникла тема мегагрантов, мы с Сергеевым (Александр Сергеев, президент РАН — прим. ТАСС) сразу подумали о Жераре Муру, потому что он талантливый ученый, известное имя, и мы уже тогда понимали, что Жерар получит Нобелевскую премию", — говорит Михаил Бакунов.

Когда Муру согласился, ученые в Нижнем Новгороде подготовили план работы и проект лаборатории и подали заявку на грант. Всего в ELSA Lab в разное время были задействованы от 25 до 30 человек.

Лазерная установка в одной из лабораторий Elsa Lab Александр Бут/ТАСС
Описание
Лазерная установка в одной из лабораторий Elsa Lab
© Александр Бут/ТАСС

Бакунов выступил соруководителем проекта "Экстремальные световые поля и их приложения". Лаборатория проводила исследования по трем направлениям: излучения экстремально высокой интенсивности, экстремально короткой длительности, а также с экстремально недоступной частотой.

"Фактически речь шла о петаваттах, аттосекундах и терагерцах. Если говорить более простым языком, это сверхмощные лазеры, сверхкороткие импульсы света и генерация излучения в терагерцовом диапазоне", — поясняет ученый.

В одной из лабораторий ELSA Lab установлен мощный лазер для исследований в области аттосекундной физики — самого современного направления. "На временах 10 в минус 18-й степени секунды в мире ничто не успевает сдвинуться и только электроны в атомах переходят с уровня на уровень. Имея такие импульсы, можно диагностировать фундаментальные процессы в веществе. И эта же лазерная система используется для генерации терагерцового излучения", — рассказал Бакунов, демонстрируя сложную установку, состоящую из множества приборных коробов, вакуумных камер и трубок за толстым стеклом.

На основе результатов, полученных в ELSA Lab совместно с Муру, было написано 17 научных статей.

Помимо попыток проникнуть в суть материи, в лаборатории мечтают ее создавать. "Вакуум — это не пустота, как принято считать, а "суп", в котором постоянно рождаются электронно-позитронные пары. После кратковременного возникновения они исчезают, а если приложить очень сильное поле, то оно растащит эти частицы и из ничего может родиться материя. То есть фактически на оптическом столе можно будет создать маленькую вселенную", — говорит заведующий лабораторией.

Часть терагерцового спектрометра Александр Бут/ТАСС
Описание
Часть терагерцового спектрометра
© Александр Бут/ТАСС

Лечение опухолей и исследование картин

Часть работ, проводимых в рамках мегагранта в Нижнем Новгороде, имеет практическое применение. Например, мощные лазеры полезны в изучении и развитии протонной терапии для лечения злокачественных опухолей, а также в развитии фазоконтрастной рентгеновской томографии для детального изучения органов человека.

Исследовать внутреннюю структуру непрозрачных объектов можно с помощью другого процесса, изучаемого в лаборатории, — терагерцевого излучения. На практике его можно использовать для того, чтобы просвечивать вещи в поисках взрывчатки или наркотиков. Еще одно направление в Россию как раз привез Жерар Муру: исследование на терагерцовых частотах структуры объектов искусства.

"Тогда он приехал с бывшей американской аспиранткой Бьянкой Джексон и терагерцовым спектрометром и в первый раз показал нам, как это делается. После этого мы уже все вместе просвечивали икону из художественного музея. Фактически за месяц мы вошли в новую тематику, и потом мой аспирант безо всяких проблем поехал в Лувр, где его встретил руководитель реставрационного направления, и он там исследовал фрески с помощью терагерц. Без Жерара, из-за всяких административных препятствий, это невозможно было бы сделать", — отметил Бакунов.

Аспирант Антон Скрыль исследует фреску в Лувре с помощью терагерцового излучения Личный архив Михаила Бакунова
Описание
Аспирант Антон Скрыль исследует фреску в Лувре с помощью терагерцового излучения
© Личный архив Михаила Бакунова

Эти исследования позволяют заглянуть внутрь объекта искусства для его подробного изучения или реставрации.

Позднее для фирмы из Санкт-Петербурга на основе тех исследований был разработан и сконструирован первый в России образец коммерческого терагерцового спектрометра.

"Мегагранты очень важны для российской науки. Они позволяют привлекать ученых, которые несут с собой новые взгляды и представления о том, как устроена наука в направлениях и компетенциях, поднимая нашу науку до международного уровня", — рассказал ТАСС президент РАН Александр Сергеев.

По результатам шести конкурсов предыдущих лет в стране с привлечением российских и иностранных ученых было создано более 230 научных лабораторий для проведения фундаментальных и прикладных исследований.

Сборка оптической схемы терагерцового спектрометра Личный архив Михаила Бакунова
Описание
Сборка оптической схемы терагерцового спектрометра
© Личный архив Михаила Бакунова

Лазерная физика после "мегагранта"

Жерар Муру — очень живой и "фантазийный" человек, у которого все "получается легко", говорит Михаил Бакунов. "Мы познакомились в Японии в 2000 году, куда Жерар приехал с визитом в одну из научных групп, где я работал. Помню, как однажды поехали в горы и кидались снежками", — рассказывает ученый.

Известна страсть нобелевского лауреата к плаванию: "Однажды Муру организовал заплыв на Сормовском озере [в Нижнем Новгороде]. Жерару каждый день нужно было проплывать километр, и как-то мы с Александром Михайловичем (Александр Сергеев, президент РАН — прим. ТАСС) решили с ним посоревноваться. Несмотря на то что Муру старше, он оставил нас далеко позади".

Александр Сергеев, Жерар Муру с женой и Михаил Бакунов после заплыва на Сормовском озере в Нижнем Новгороде Личный архив Михаила Бакунова
Описание
Александр Сергеев, Жерар Муру с женой и Михаил Бакунов после заплыва на Сормовском озере в Нижнем Новгороде
© Личный архив Михаила Бакунова

Проект, который реализовывался командой во главе с Жераром Муру в ННГУ, был одним из важнейших шагов в цепочке развития лазерной физики в России, считает Бакунов.

"Лазерная физика после "мегагранта" Муру переросла из исследований небольших групп ученых в серьезную настоящую деятельность, когда большие группы научных сотрудников на хорошем оборудовании совершают большие открытия", — говорит он.

"Мегасайенс" в Нижнем Новгороде

Очередной — уже седьмой — конкурс на получение мегагрантов намечен на 2019 год и будет проведен в рамках национального проекта "Наука". По данным Министерства науки и высшего образования РФ, это направление в ближайшие годы ждет бурное развитие. В частности, недавно был сформирован новый Совет по мегагрантам, в состав которого впервые вошли победители первых конкурсов. Кроме того, в министерстве отметили, что наиболее успешные проекты — победители двух предыдущих конкурсов будут продлены.

Михаил Бакунов планирует с помощью выигранных средств смонтировать в недавно построенном Центре инновационного развития ННГУ лазерную установку, которая была бы в несколько раз мощнее той, которую он использовал с Муру.

"Для нашей лаборатории построен подземный бункер — лазерный зал площадью более 150 кв. м и комната взаимодействия с бетонными стенами толщиной полтора метра", — рассказывает Бакунов.

Помимо научных исследований, считает ученый, эта лаборатория могла бы стать испытательным полигоном и кузницей кадров для двух уникальных лазерных проектов, запланированных в Нижегородской области.

Работа в лаборатории аттосекундной физики Личный архив Михаила Бакунова
Описание
Работа в лаборатории аттосекундной физики
© Личный архив Михаила Бакунова

Первый из них — установка для термоядерного синтеза в Сарове Нижегородской области — УФЛ-2М. Потенциально она, будучи на треть мощнее американского и европейского аналогов, может успешно провести термоядерный синтез и стать первой электростанцией будущего, использующей в качестве топлива водород (его изотопы — тритий и дейтерий).

"Вместо тепловых и атомных электростанций, возможно, в будущем создадут термоядерные, где не будет вредных отходов. Тестовые запуски намечены уже на 2020 год", — отметил Бакунов.

Второй проект — XCELS, объект класса "мегасайенс" (не имеющие аналогов крупные исследовательские комплексы мирового уровня). Это уникальная сверхмощная лазерная установка, которых больше в мире нет.

"Жерар Муру был координатором проекта ELI — это глобальный панъевропейский проект по созданию в Европе нескольких лазерных центров. Три из них уже были построены (в Румынии, Чехии и Венгрии), а вот четвертый центр, в котором должен был расположиться мультипетаваттный, или, как уже говорят, экзаваттный, лазер, — отложили, и теперь им мог бы стать XCELS под Нижним Новгородом", — считает ученый. Этот проект одобрен правительством РФ и находится на стадии выделения финансирования.

"Если проекты будут реализовываться, то мы однозначно еще не один день поработаем с Жераром Муру и многими другими иностранными учеными в России", — говорит Михаил Бакунов.

Александр Бут