В квантовых дебрях

Россиянка покоряет вершины высоких энергий в Америке

Скорый поезд привез нас из Нью-Йорка в Рочестер приятным летним вечером накануне уикенда. Профессор известного американского университета Регина Демина встретила нас с мужем Сергеем, инженером из того же университета. Они оба принадлежат к той категории ученых, которые будучи молодыми покинули страну в начале тяжелых 1990-х. Просто потому, что хотели заниматься наукой на хорошем мировом уровне. К сожалению, Россия (а вернее еще СССР) в то время быстро потеряла лидерство в научной области. Ученые не имели возможности полноценно проводить исследования. Да что там говорить, многим попросту нечего было есть, так как зарплаты обесценивались на глазах. В поисках лучшей жизни приходилось выбирать страны Европы или Америку. Кстати, большинство добилось за границей очень даже неплохих результатов. Например, героиня нашего рассказа принимала непосредственное участие в экспериментальном открытии знаменитого бозона Хиггса в швейцарском ЦЕРНе.

После быстрого ужина в собственном таун-хаусе четы ученых, что в центре города, мы отправились на прогулку по Рочестеру. Под мерцание ночной иллюминации и теплый запах колитаса, струящийся из открытых окон проезжающих мимо автомобилей, Регина вспоминала свой путь к вершинам науки.

Окончив физический факультет Новосибирского государственного университета с красным дипломом, выпускница три года проработала на электронно-позитронном ускорителе ВЭПП-2М в Институте ядерной физики СО РАН. Измеряла интерференцию короткоживущих частиц. Таким образом она вносила свой вклад в понимание квантовой хромодинамики на низких энергиях. Но ей хотелось большего – проводить исследования на высоких энергиях. Именно на таких энергиях делаются фундаментальные открытия, это сейчас самая передовая область физики. Но такой возможности не было в родной стране, тогда еще СССР, УНК (Российский супер коллайдер) был заморожен в 1994 году. Время было очень тяжелое. К тому же, ни жилья, ни денег. Все это толкнуло молодого, перспективного ученого на путь, к которому обращались тогда многие исследователи. Она поступила на PhD-программу в Северо-Восточный университет Бостона, получила студенческую визу и улетела вместе с шестилетней дочерью в Америку.

Если кто-то считает, что за океаном все сразу начинают процветать, то ошибается. Поначалу жизнь в США для Регины оказалась очень тяжелой. Она приехала с пустым кошельком, так как ничего не смогла скопить, работая в институте. Спасли 300 долларов, которые дал ей знакомый, чтобы она купила ему CD-диски с хорошей музыкой. На эти деньги она и жила первое время. Ни родственников, ни друзей, которые смогли бы ей помочь. Представляете, каково прибыть одной с ребенком в чужую страну и все начинать сначала? Муж смог получить визу и соединиться с семьей только через полгода. Поэтому Регине, теперь уже аспирантке, приходилось выживать без какой-либо поддержки. Она ничего не знала об этой новой жизни: ни где покупать продукты, ни где арендовать жилье, ни как открыть счет в банке. Но она неплохо владела английским (недаром она дочь преподавателя этого языка) и смогла получить необходимую информацию.

Вскоре Демина стала получать стипендию, но та оказалась такой маленькой, что в основном уходила на аренду жилья в подвале одного из жилых домой в пригороде Бостона. А нужно было еще покупать школьные учебники для дочери, которые стоили очень дорого. На еду уже не оставалось. Как признается Регина, доход первое время был отрицательным, ей до сих пор трудно понять, как она смогла выжить тогда.

Когда прилетел муж Сергей, то и он поначалу не мог особо помочь. На поиски работы у него ушло несколько месяцев. Помог друг семьи, благодаря которому Сергея, также физика по образованию, специалиста по полупроводникам, устроили в Бостонский университет, лабораторию высоких энергий. Он начал получать зарплату, пусть и небольшую поначалу. Но это заметно улучшило материальное положение. В Америке гораздо легче жить семьей. Регина принесла из лаборатории, в которой проходила практику, маленький телевизор. Жизнь с тех пор стала налаживаться.

Она проучилась всего год. Когда я попросила сравнить учебу в США и России, Регина не задумываясь сказала только, что в ее родном НГУ качество учебы было на очень высоком уровне. Главным образом потому, что «преподаватели, которые сами посвятили свою жизнь науке, не щадили студентов и указывали на ошибки без обиняков». По признанию Регины, культурные различия у России с Америкой, которая унаследовала этикет от Великобритании, таковы, что напрямую про ошибки тебе здесь не скажут, но выводы сделают, что может отразиться в рекомендательных письмах, тоже весьма завуалированных.

После учебы девушка проводила исследования для своей диссертации в знаменитой национальной лаборатории Фермилаб, что в городке Батавия недалеко от Чикаго. Через три года успешно защитилась, стала доктором и получила работу постдоком в той же лаборатории.

Начала заниматься физикой b-кварков, это так называемые фундаментальные частицы третьего поколения. «Весь наш видимый мир состоит из кварков, электронов и нейтрино, – поясняет Демина. – Согласно Стандартной модели, протоны и нейтроны состоят из трех кварков первого поколения. Открытия второго, а затем и третьего поколений кварков были большими сюрпризами в физике частиц». b-кварки тяжелее обычных кварков, кроме того, они тяжелее протонов в пять раз. Регина изучала их, используя новые в то время вершинные детекторы, построенные на силиконовой технологии. Такие детекторы могут измерять треки, проще говоря траектории, частиц с очень высокой точностью. Молодой ученый определяла расстояние, которое пролетала частица, прежде чем распадалась на другие частицы. Если говорить о b-кварке, то он распадается на очарованный мезон, который в свою очередь дает короткую жизнь пиону и каону. «Изучая свойства b-кварков, можно пролить свет на превращение вещества в антивещество», – объясняет Демина. Опасности антивещество не представляет, так как в конечном счете процессы в ускорителе ведут к образованию света. Все происходит чрезвычайно быстро. Мир субатомных частиц стремительный. В этом мире события развиваются быстрее наших мыслей.

В общей сложности Регина проработала в Фермилабе семь лет. Исследования, несомненно, увлекли перспективного ученого, но позиция постдока не постоянная. Нужно было искать новую работу. Как же ее найти? Алгоритм довольно прост. В журнале Physics Today публикуют объявления о вакансиях и конкурсах на разные должности. Демина подготовила документы, это резюме и рекомендательные письма от ее коллег, и разослала их по разным научных центрам и университетам, в общей сложности около 12 мест. Она получила четыре приглашения на интервью и в дальнейшем два приглашения на работу. Регина выбрала предложение из Государственного университета Канзаса, так как в этом же университете предлагали работу инженером ее мужу Сергею. В результате в 1999 году они все вместе переехали в город под названием Манхэттен. Регина получила должность, которую можно отнести к начальному уровню профессора, assistant professor. Ее зарплата выросла до 66 тысяч долларов в год, после выплаты налогов оставалось 44 тысячи. Если перевести в привычную нам систему – это около 3700 долларов в месяц. Для 1990-х очень даже неплохо. Молодые ученые взяли кредит и купили дом за 160 тысяч долларов. Начался новый этап в научной карьере.

В Канзасе (который нам известен больше по событиям из сказки о девочке Элли и волшебнике Изумрудного города) Регина организовала группу из пяти человек – постдоков и студентов и продолжила заниматься элементарными частицами, переключив внимание уже на топ-кварки – самые тяжелые из известных науке элементарных частиц, с массой, почти равной массе атома золота. Демина, теперь уже вместе со своей научной группой, измеряла параметры этих частиц – массу, заряд (который составлял две трети от заряда электрона), а также асимметричность при образовании топ-кварка. Асиммметрия оказалась существенно больше, чем предсказывали теоретические расчёты того времени. Такое открытие означало вклад некой новой, ранее неизвестной физики. Такое открытие претендовало бы на Нобелевскую премию, если бы была доказана ее абсолютная новизна. Демина и ее группа сделали то, что должны делать экспериментаторы – улучшили точность измерений до такого уровня, что отпали всякие сомнения в статистической значимости эффекта. Однако более поздние теоретические расчеты показали, что эффект можно объяснить в рамках Стандартной модели, в результате роль исследований перешла на другой уровень. Тем не менее, этой своей работой Демина гордится до сих пор. Почему? «Когда задаешь Природе фундаментальные вопросы – надо слушать ответы. В данном случае Стандартная Модель победила», – отвечает на вопрос Демина.

В Канзасе Регину устраивало почти все, она имела хорошее финансирование для своих исследований. Но когда открылась позиция в Рочестерском университете, с глубокими традициями в физике высоких энергий, она не устояла и подала заявление. Пройдя по конкурсу, Регина стала профессором второго уровня – associate professor. Переехала с семьей в Рочестер, где живет и трудится по сей день, вот уже 17 лет. Пришлось, правда, поднимать финансирование с нуля, но она преуспела в этом.

Через три года после переезда Демина получила еще одно повышение и заняла высшую профессорскую должность – full professor. Продолжает заниматься своей любимой темой – элементарными частицами. Также налаживает производство силиконового детектора нового поколения для CMS – компактного мюонного соленоида в ЦЕРНе. С этой организацией Регина сотрудничает с 2000 года, летает в Швейцарию ежегодно на два месяца. Для справки: до 2010 года самая высокая энергия создавалась в Тэватроне в Фермилабе, затем лидерство перешло к ЦЕРНу. К слову, в ЦЕРНе под руководством Деминой работает научная группа из трех ученых, а в Рочестере она возглавила лабораторию из 11 человек. Кроме того, Регина успевает вести два курса для аспирантов в Рочестерском университете.

С 2017 года профессор начала заниматься еще и космологией. И тоже добилась значительных успехов. Например, разработала алгоритм поиска центров в сферообразном распределении вещества, получившегося результате так называемых барионных акустических осцилляций. «Это эхо гигантских пузырей, образовавшихся во Вселенной на начальной стадии ее развития, в результате так называемых барионных акустических осцилляций», – поясняет Регина. Для этого она использует данные с SDSS (Sloan Digital Sky Survey). Работа проделана большая, статья об исследованиях отправлена для публикации в журнал Astronomy and Astrophysics (препринт https://arxiv.org/abs/2008.12793).

Но и это еще не все. Регина вспоминает: «Когда в 2008 году группой их двух десятков ученых (я была заместителем руководителя этого проекта) в Америке был построен силиконовый детектор (трэкер) для CMS, примерно год ушел на доскональное изучение его работы. С моим аспирантом мы долго возились, пытаясь математически описать как развивается сигнал в этих детекторах. Намучившись, я сказала: «И они утверждают, что темная материя существует! Тут нет никакой новой физики, устройства построили мы сами и все равно это было совсем непросто. Я решила сама начать смотреть на данные о вращении галактик.

P.S. Детектор прекрасно работает до сих пор и сыграл важную роль в открытии бозона Хиггса. А Регина сдержала слово и через 10 лет начала изучать движение галактик, где «проявляет» себя пресловутая темная материя. Гипотезы, объясняющие эту субстанцию через введение новых фундаментальных частиц, не нашли подтверждения ни в коллайдерных экспериментах, ни в прямых поисках, хотя эксперименты продолжаются. Регина применяет современные статистические методы для анализа вращения галактик. Результаты получаются любопытные, но об этом она попросила пока не писать. Дождемся публикации и узнаем.

Мне удалось стать свидетелем еще одного серьезного увлечения рочестерского профессора. Почти каждый день она делает утреннюю пятикилометровую пробежку вместе с Сергеем. А также йога и тренажерный зал, который расположен в университетском комплексе. Такая интенсивная физическая нагрузка, по словам Регины, держит мозг в рабочем состоянии, готовым для новых открытий.

---

Фирюза ЯНЧИЛИНА,
Нью-Йорк.
Член Всемирной федерации научных журналистов (WFSJ).
Член Международной ассоциации научных писателей (ISWA).
Автор свыше 1000 статей на тему физики, астрофизики, химии, биологии, экологии, медицины.
Для “RA NY”