Тайны нейтрино: как 26-летний аспирант МГУ охотится за новой физикой
На глубине 700 м под землей в Китае расположена подземная обсерватория JUNO, в которой изучают нейтрино — элементарные частицы, образующиеся в ядрах звезд, Земли, в атмосфере и реакторах атомных электростанций во время радиоактивного распада. Одна из особенностей нейтрино в том, что они крайне редко взаимодействуют с материей, поэтому способны проходить сквозь нее. Чтобы их «поймать», требуются огромные установки — диаметр детектора JUNO, например, составляет 44 м. Чем больше площадь, тем вероятнее, что удастся зафиксировать хотя бы одно из множества нейтрино, которое провзаимодействует с веществом. Над JUNO работают более 700 исследователей из 17 стран. Среди них — аспирант МГУ и победитель рейтинга Forbes «30 до 30» Максим Вялков.
Нейтрино он начал изучать на первом курсе. Оно заинтересовало его тем, что противоречило Стандартной модели — современной теории строения и взаимодействия элементарных частиц. Согласно ей, у нейтрино не должно быть массы, однако эксперименты показывают обратное. Вялкова привлекают и другие особенности этой частицы. Он, например, называет ее «интровертом»: «Интроверты тоже мало с кем взаимодействуют и редко чем-то делятся. Но всегда интересно узнать, о чем они думают».
На сегодня экспериментально обнаружено три нейтрино: электронное, мюонное и таонное (в зависимости от элементарной частицы, с которой оно связано). Есть гипотеза, что существует четвертое — стерильное: оно совсем не взаимодействует с веществом и проявляет себя только через гравитацию. Этот сорт нейтрино — один из кандидатов на частицы, из которых может состоять темная материя (она недоступна прямому наблюдению и при этом составляет около четверти массы-энергии Вселенной).
Области, в которых могут применяться знания о нейтрино, только начинают появляться, рассказывает Вялков. Одна из таких — атомная энергетика. Так как нейтрино возникают во время радиоактивного распада, по ним можно отслеживать работу ядерных реакторов. Слишком большой выброс этих частиц, например, может свидетельствовать об аномальных процессах. Подобные исследования уже проводятся на Калининской АЭС в Тверской области, говорит ученый.
Сам он участвует в Саровском тритиевом нейтринном эксперименте («Сатурн») и двух международных исследовательских проектах, включая JUNO. «Мне комфортно заниматься тем, чем не занимался еще никто: нравится чувствовать азарт от поиска чего-то нового, ощущение, что ты первопроходец», — признается он.
Forbes рассказывает, как к 26 годам Максиму Вялкову удалось войти в число участников крупнейших нейтринных проектов и достичь цитируемости, на которую ученые обычно выходят после более чем 10 лет активной научной работы.
Интерес к Вселенной
«Отправная точка карьеры ученого — момент, когда вы задаете себе вопрос: почему все устроено именно так», — говорит Вялков. В детстве он часто смотрел документальные фильмы Discovery и National Geographic про космос. Мальчика увлекали яркие кадры с планетами, звездами и галактиками и рассказы об устройстве Вселенной.
Родители Вялкова учеными не были, хотя оба окончили факультет вычислительной математики и кибернетики МГУ. Отец работал в строительной компании, а мать преподавала математику в Академии ФСБ. Интерес сына к науке они поддерживали — мама помогала ему с учебой.
Когда Вялкову было 10 лет, его отец погиб в походе. «Несчастный случай», — говорит ученый. Через четыре года после этого мать сбила машина. До выпуска из школы он жил в семье тети.
Вялков ходил в обычную московскую школу №1329. Лучше всего ему давались точные науки. В пятом классе он начал посещать занятия «Малого мехмата» МГУ, школы юных математиков, а через год — кружок по астрофизике в Московском дворце пионеров. «Нас даже возили смотреть в телескоп под Звенигород. Это все было безумно интересно и воодушевляло. Казалось, что я на правильном пути», — вспоминает Вялков.
После шестого класса он поступил в физико-математический класс и благодаря сильному преподавательскому составу стал участвовать в олимпиадах по физике — Всероссийской и при вузах. На них Вялков занимал призовые места.
В старших классах к школьникам приходили профессора МГУ и читали лекции. Часть их была посвящена теоретической физике, которая как раз объясняет, как устроена и из чего состоит Вселенная. Тогда Вялков и понял, что хочет изучать элементарные частицы. «Я чувствовал, что это мое», — делится он.
Прикольное слово
После школы Вялков поступил на бюджет на факультет физики МГУ и уже на первом курсе нашел научного руководителя. Им стал профессор Александр Студеникин, читавший межфакультетский курс по физике нейтрино. Вялкову нравились его пары, хотя в теме он тогда мало что понимал. «Для меня это было просто какое-то прикольное слово», — признается ученый.
Студент быстро включился в исследовательскую работу и участвовал в научных семинарах нейтринной группы Студеникина, рассказывает профессор. Под его руководством Вялков изучал квантовую декогеренцию (процесс потери квантовых свойств. — Forbes) нейтрино. Одна из особенностей этой частицы в том, что она может осциллировать, то есть менять свой сорт. При декогеренции переходы останавливаются, объясняет Вялков. По его словам, этот процесс ранее никем подробно не описывался.
В студенчестве Вялков почти все время учился: пары были шесть дней в неделю. Его стипендия отличника составляла всего 3200 рублей. Жил он в основном на деньги, доставшиеся в наследство после смерти родителей. «Оставили достаточно, чтобы сфокусироваться на учебе», — говорит Вялков. Подробностями он не делится.
Иногда Вялков участвовал в собраниях студсовета. «Было наивное желание все изменить к лучшему: отремонтировать аудитории, изменить учебную программу», — говорит он. На четвертом курсе, весной 2021 года, руководитель студсовета пригласил его на стратсессию с сотрудниками «Росатома» и МГУ. На ней Вялков узнал о новом Национальном центре физики и математики (НЦФМ) в Сарове.
Уезжать из Москвы он не планировал — хотел поступить в магистратуру на физфак МГУ и продолжить работать со Студеникиным. Но, побывав на экскурсии в НЦФМ, передумал.
В Сарове Вялков вспомнил, как в 11-м классе представлял себе учебу в Новосибирском государственном университете. Его студенты живут в кампусе за городом, и их ничто не отвлекает от науки. В таких условиях работали советские ученые-физики Игорь Курчатов, Андрей Сахаров и Петр Капица, перечисляет Вялков. Ту же атмосферу он почувствовал в Сарове. Вдобавок в НЦФМ открывался филиал МГУ, и Вялков мог продолжить работу со своим научным руководителем. Так он стал одним из 110 первых студентов филиала. Его стипендия в магистратуре составляла уже 55 000 рублей в месяц.
Поиски новой физики (и жены)
В НЦФМ Вялков присоединился к Саровскому тритиевому нейтринному эксперименту («Сатурн»). Над ним работает команда из 20 человек, в том числе Студеникин. Цель проекта — измерить электромагнитные свойства нейтрино. Прибора, который мог бы это сделать, пока нет, и ученые разрабатывают детектор нового типа на основе сверхтекучего гелия. Вялков проводит расчеты и составляет прогнозы — как будет работать прибор и какие результаты может показать. Ученые планируют собирать данные несколько лет, а представить их смогут после 2030-го. «Если детектор все-таки измерит магнитный момент, это будет отклонением от Стандартной модели — мы откроем новую физику», — говорит Вялков.
«Сатурн» входит в число 17 важнейших мировых нейтринных проектов, по версии авторитетного международного портала по физике нейтрино Neutrino Unbound, указывает профессор Студеникин. По его словам, Вялков — один из самых активных участников эксперимента.
В сентябре 2023 года с молодыми учеными из Сарова встретился Владимир Путин. Он среди прочего пожелал Вялкову успехов в поиске нейтрино. Ученый в шутку продолжил: «И в поиске жены». Путин оживился: «Неизвестно, что важнее». Вялков поделился своей формулой: «Должна быть жена-архитектор». В ответ президент предложил ему не ограничиваться стереотипами: «Подбирайте человека, который мыслит образами, а это может быть человек самых разных профессий».
Поиски жены все еще ведутся, но не так активно, как магнитного момента нейтрино, говорит Вялков. Работа «сжирает» личное время, объясняет он и добавляет, что сам не подарок. «Боюсь, что на свиданиях или вечерних посиделках за столом самопроизвольно думаю о далеких мирах, новых физических законах, а не о прекрасном моменте», — признается ученый.
Цитируемость многолетней карьеры
Вялков также вовлечен в две международные коллаборации ученых по нейтрино — JUNO и «Гипер-Камиоканде». Эксперименты проходят в одноименных обсерваториях в Китае и Японии, их задача — обнаружение нейтрино. Магистранта МГУ включили в эти проекты по рекомендации Студеникина: авторитет профессора, который также участвует в JUNO и «Гипер-Камиоканде», сыграл в этом большую роль, признается Вялков.
По словам научного сотрудника Нового физтеха (физического факультета) ИТМО Алексея Пельтека, участие в крупных международных проектах нетипично для молодых исследователей. Обычно на старте научной карьеры они только начинают развиваться в своей теме, в то время как исследования Вялкова уже привели к результатам высокого уровня, замечает Пельтек.
Индекс Хирша (показатель цитируемости, по которому оценивают продуктивность работы ученого) Вялкова составляет 19. Директор по стратегическому маркетингу «Яндекса» Андрей Себрант говорит, что в среднем через 10 лет академической карьеры индекс Хирша ученого находится в диапазоне 10–15. Результат Вялкова он считает достойным, но отмечает, что со стороны сложно оценить, насколько он выдающийся, так как все зависит от области исследований. Большая часть научных публикаций Вялкова выполнена в составе JUNO и «Гипер-Камиоканде», которые отличаются высоким уровнем цитирования, указывает замдиректора Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований Дмитрий Наумов. «Если Вялков действительно внес заметный вклад в каждую из публикаций, то это весьма впечатляющий результат для 25-летнего аспиранта-теоретика», — говорит эксперт.
Физика и лирика
Кроме академической работы, Вялков занимается общественными проектами в составе студенческого научного общества. Последние два года он, например, участвует в подкасте для магистрантов в Сарове «Не учи ученого». За это время его ведущие записали 22 выпуска.
Другой важный для Вялкова проект — «Астроклуб на обочине». Его члены собираются по ночам и смотрят в телескопы на Луну и звезды. Постоянных участников клуба не больше 10, а гостей за все время было около 200, уточняет Вялков. «Все это мы организуем в первую очередь для студентов, чтобы им было веселее учиться в МГУ», — объясняет он.
Вялков работает и со школьниками. Два года назад он начал развивать «Сетевую инженерную школу «Росатома» вместе с методистом Максимом Ильиным. Ученый знаком с ним со старших классов — они вместе участвовали в олимпиадах по физике и учились на одном факультете в МГУ.
Однокурсники часто дискутировали о том, чего не хватает в образовании. Со временем разговоры превратились в проект онлайн-школы, рассказывает Ильин. От классических программ она отличается тем, что уделяет особое внимание мотивации. «Сейчас в физике, особенно в школьном курсе, не хватает того, что стимулировало бы детей дальше развиваться в науке. Не хватает романтики, которая была, например, в образе советского ученого», — говорит Вялков. Один из способов заинтересовать детей — объяснить, как и где применяются теоретические знания, уверен он. «В курсе по электричеству можно рассказывать о его применении в проектировании двигателей атомных ледоколов, а когда мы проходим закон сохранения импульса, то говорим, что на похожем принципе работают ионные двигатели для спутников, которые делают в «Росатоме», — приводит примеры ученый.
Контент уже отснят — это 680 пар по физике, математике, химии и биологии, говорит Ильин. Их ведут тренеры олимпиадных сборных России, преподаватели МГУ, МФТИ и СПбГУ, а также авторы школьных учебников. Вялков курирует научно-популярный блок, свои доходы от участия в проекте он не раскрывает. Для детей занятия бесплатные, добавляет ученый.
Платформой «Сетевая школа «Росатома» по физике» пользуется 2000 человек, говорит директор по технологическому образованию Корпоративной академии «Росатома» Екатерина Лукьянова. По ее словам, компании нужны высококлассные специалисты, поэтому ее экосистема охватывает все уровни образования, начиная с детского сада.
В 2024 году Вялков вместе с СНО начал разрабатывать аналог «Малого мехмата» МГУ в Сарове. Кружок назвали «Физматенок». «Школьников нужно привлекать в науку уже сейчас, чтобы в будущем у меня были талантливые студенты», — улыбается Вялков. Молодые ученые начали с лекций для старшеклассников в Сарове, а потом стали ездить в другие города (среди них, например, Нижний Новгород и Сочи). Поездки проходят ежемесячно, из-за нехватки времени ученый в них уже не участвует.
Интереснее Нобелевки
Вялков также популяризирует науку. Он, например, выступает на канале «Москва 24», в научно-популярном YouTube-шоу «Точка науки», в парке «Зарядье». Максимальный гонорар ученого за выступления на подобных мероприятиях составляет 30 000 рублей.
Сочетание фундаментальной науки и просветительской деятельности делает карьерный трек Вялкова нестандартным и впечатляющим, говорит Пельтек из ИТМО. Себрант с ним согласен: вовлеченность во множество общественных проектов, связанных с наукой — не самый частый пример в среде ученых. «Привлечение молодых талантов, их поддержка и обучение — важнейшие вещи для развития науки, и личная вовлеченность во все это — черта, на мой взгляд, сильного ученого, для которого наука не ограничивается стенами его лаборатории», — заключает он.
Осенью 2024 года Вялков поступил в аспирантуру МГУ по теоретической физике. Его стипендия выросла до 75 000 рублей в месяц. Сверх этого он получает преподавательский оклад в 20 000 рублей в месяц. В зависимости от количества научных публикаций зарплата может меняться, уточняет Вялков. По его мнению, небольшой доход обоснован, так как цена ошибки относительно невысокая. «У инженеров, например, работа более стрессовая, потому что их самолет либо взлетит, либо нет. А если в моей статье будет ошибка, никто не понесет миллиардные убытки», — объясняет Вялков.
В его ближайших планах — защитить кандидатскую диссертацию по новым эффектам в осцилляции нейтрино, а к 35 годам стать доктором наук. Получить Нобелевскую премию «было бы неплохо», признается Вялков, но добавляет, что не расстроится, если этого не произойдет. «Как бы пафосно ни звучало, мне гораздо интереснее разгадать тайны Вселенной, и хочется надеяться, что мои знания будут полезны человечеству. Здорово, если это случится при моей жизни», — заключает Вялков.