Выйти на передний край науки не так-то просто, и туда надо прийти во всеоружии

Два года назад в Школе физико-математических и компьютерных наук Питерской Вышки открылись программы по физике. И в это же время была создана базовая кафедра НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ. Редакция портала поговорила с академическим руководителем магистерской программы и заведующим кафедрой Кириллом Семеновым-Тян-Шанским о том, как создавалась кафедра, как ее сотрудники участвуют в формировании учебных планов  и какие преимущества для студентов дает сотрудничество нашего кампуса с Институтом ядерной физики.

из личного архива Кирилла Семенова-Тян-Шанского

– Кирилл Михайлович, расскажите, пожалуйста, про отделение теоретической физики ПИЯФ.

Наша базовая кафедра представляет в Высшей школе экономики теоретический отдел Петербургского института ядерной физики — знаменитое место, где создавалась ленинградская школа теоретической физики. По вопросам квантовой теории поля и, в особенности, сильного взаимодействия в 60–80-е годы прошлого столетия наш отдел был одним из крупнейших научно-исследовательских центров в мире. В нем работали такие замечательные люди, какВладимир Наумович Грибов, основатель отдела, и его ученики –Лев Николаевич Липатов,Дмитрий Игоревич Дьяконов, Виктор Юрьевич Петров. 

Сейчас, конечно, ситуация поменялась, нельзя сказать, что мы первые в мире, но все же наш отдел довольно сильный. В нем занимаются всей теоретической физикой, и обеспечен тесный контакт теоретиков, работающих в области физики элементарных частиц и физике конденсированного состояния.

– Зачем ПИЯФ открывает базовые кафедры в вузах, и почему вы выбрали именно Питерскую Вышку? 

Наверно, правильно, если активно работающий ученый еще немного преподает. Мы очень заинтересованы в работе с молодёжью, надеемся, что некоторые студенты станут новыми сотрудниками нашего отдела. Приходите к нам! Нам нужны свежие идеи и новые методы! 

Что касается создания базовой кафедры нашего института, то Питерская Вышка – это единственный университет, где она есть, но сотрудники нашего отдела активно преподают и в других вузах. Создание базовой кафедры — это некое официальное оформление отношений между нами и учебными заведением. Наша базовая кафедра представляет молодым теоретикам современное положение дел в квантовой теории поля и обучает пользоваться ей как инструментом.

В Питерской Вышке мы пользуемся, если можно так сказать, академической свободой. Замечательно, что во ВШЭ мы в, значительной мере, избавлены от бюрократии и лишней бумажной работы, можем создавать и компилировать учебные планы и добиваться того, чтобы они действительно отражали современное положение в нашей области науки.

– Расскажите, какие курсы читают сотрудники вашей базовой кафедры?  

Сейчас мы работаем только с магистрами, так как бакалавры еще не подросли. Я читаю продвинутый курс «Квантовая теория поля-2» или физика калибровочных полей. Он создан для студентов, которые уже владеют основами квантовой теории поля и готовы к знакомству с нетривиальными приложениями: калибровочной теорией Янга-Миллса – фундаментальной для теории, лежащей в основе современного описания как сильных, так и электрослабых взаимодействий. 

Студенты также должны уверенно владеть формализмом функционального интеграла – этому посвящен второй курс. В этом году его будет читать замечательный молодой теоретик Евгений Иевлев. Этот курс ориентирован на аппарат функционального интеграла – фейнмановского интеграла по траекториям. Эта техника лежит в основе квантового полевого формализма и является языком, на котором разговаривает современная квантовая теория поля не только в области физики элементарных частиц, но и физики конденсированного состояния. Все современные теоретики обязательно должны понимать, как с этим инструментом обращаться и работать.

Третий учебный курс, который читает молодой и очень перспективный теоретик Олег Утесов, называется «Квантовая теория поля в физике конденсированного состояния». Это современный  вводный курс, который объясняет, как пользоваться квантовой теорией поля для описания твердого тела, конденсированного состояния, в низкой размерности. Фазовые переходы, сверхтекучесть, конденсация Бозе-Эйнштейна, спиновые стекла, сверхпроводимость – все это рассказывается на хорошем теоретическом уровне и с использованием формализма функционального интеграла. 

– Вы упомянули, что пока не преподаете у бакалавров. Расскажите, какие курсы базовой кафедры их ждут на старших курсах? 

– С третьего курса бакалаврам будет предложен курсы «Квантовая теория поля-1» и «Квантовая теория поля-1.5», которые охватывают основы формализма и краткое положение дел в физике элементарных частиц, – более или менее то, что сейчас называется Стандартной моделью сильного и объединённого электрослабого взаимодействия. Теоретику, неважно даже чем он будет заниматься дальше, полезно иметь представление о том, как устроена Стандартная модель. Цель курса «Квантовая теория поля-1» – познакомить студентов с базовым языком, а 1.5 – уже с продвинутыми приложениями, Стандартной моделью, теорией перенормировок и методом квантовополевой ренормгруппы. Теория перенормировок и метод квантовополевой ренормгруппы — это очень богатая теоретическая концепция, которая нашла свое применение в разных областях науки, в частности в физике конденсированного состояния. 

На этом понятии основываются подходы для описания многочисленных физических явлений, в том числе в теории критического поведения и фазовых переходов и стохастической динамике. Если студент этого не знает, то он является функционально неграмотным и работать в современной науке на высоком уровне не сможет. 

 – Помимо изучения специализированных курсов, какие еще возможности предоставляет студентам ваша базовая кафедра? 

– Безусловно, мы привлекаем студентов к научной работе. И хорошо, если студенты приходят к нам в отдел и находят себе научного руководителя. Несколько студентов магистратуры уже работают с нашими сотрудниками. И мы стараемся таких студентов принимать на работу в наш отдел в качестве лаборантов. 

Кроме того, у нас есть другая форма работы с молодежью – знаменитаяЗимняя школа по теоретической физике, которая проходит в феврале-марте в Рощино. К сожалению, из-за пандемии ее в этом году не было. Зимняя школа — это больше мероприятие, на которое приезжают люди со всей России и, в том числе молодые исследователи. На ней мы проводим студенческий семинар, идея которого состоит в том, что ребята изучают предложенные им статьи, и после этого друг другу их рассказывают. Неожиданно это формат очень хорошо получился. Мы очень рекомендуем студентам посетить Зимнюю школу, так как это – возможность познакомиться с положением дел в современной теоретической физике. Вероятно, младшекурсникам там будет сложно, но начиная с третьего года обучения в бакалавриате, уже вполне можно выступать докладчиком. 

 – Студенты во время учебы участвуют в конференциях?

– Пока это не поставлено на поток, но мы частным порядком способствуем участию и поездкам за границу. Мы только планируем освоить инструменты, которые предлагает Вышка в части международного обмена и мобильности.

Студенты могут проявлять инициативу, и мы это приветствуем, стараемся их информировать о международных студенческих школах по теоретической физике, пишем рекомендации и поддерживаем их заявки. Сейчас во многих случаях мероприятия перешли в онлайн, что не так увлекательно, как живое общение, но все равно это важный способ для обмена и получения новых знаний.  

– Помимо того, что вы являетесь заведующим базовой кафедры, вы еще и академический руководитель магистерской программы «Физика». В чем особенность магистерской программы?

 – Мы создали программу, которая ориентирована на современное положение вещей в теоретической физике. В тесном контакте между теоретиками-полевиками, теоретиками конденсированного состояния и т. д., мы пытаемся эффективно подготовить людей к исследовательской работе. Разумеется, нельзя сказать, что после окончания магистратуры студент становится готовым исследователем. Это начало большого пути. Следующий этап – аспирантура. И только там можно подготовить человека, который будет самостоятельно заниматься научно-исследовательской работой. 

Наша магистерская программа ориентирована на то, чтобы подготовить студентов для работы в международной системе науки. И если он или она хочет строить карьеру физика-теоретика, то, конечно, полезны аспирантура и пара позиций постдоками за границей, чтобы поработать в современных научных группах, завязать контакты для дальнейшего сотрудничества. Просто сидя в одном институте на табуретке, науку мирового класса не сделаешь. Нужно непрерывно общаться и развиваться.

– К чему нужно быть готовым студентам, если они выбирают для себя путь исследователя?

 – Студент, который хочет стать теоретиком, должен быть готов к тому, что ему придется много, трудно и усердно работать. Выйти на передний край науки не так-то просто, и туда надо прийти во всеоружии. 

Одной физики тут мало, человек должен совершенствовать свое знание математики. В Вышке математические курсы очень хорошо подобраны, их читают сотрудники Института Стеклова. Важным тут является то, что это математика, ориентированная на физическое приложение. Для физика-теоретика обязательными являются следующие разделы: теория групп, группы и алгебры Ли, современная геометрия и топология, теория обобщенных функций.  При этом подразумевается, что студент полностью владеет базовыми методами линейной алгебры,  дифференциального и интегрального исчисления и математической физики. 

Также необходимо много читать в том числе текущие научные статьи. Я всем рекомендую сайтАрхива Корнельского университета, где выкладывают препринты статей по различным направлениям современной науки. Если человек выбирает, например, физику элементарных частиц, то ему нужно завести привычку читать в день как минимум две-три статьи вэтом  и этомразделах по физике высоких энергий и, ну хотя бы аннотации просматривать, чтобы разбираться в том, что происходит свежего в интересующей его области науки. Начать можно и с научно-популярных ресурсов. Например, на сайтеelementy.ru замечательный молодой теоретик Игорь Пьерович Иванов, ныне работающий в Китае, ведет большой научный блог про Большой адронный коллайдер.  В его фокусе поиск Новой физики и отклонений от Стандартной модели в современных экспериментах. Игорь подробно комментирует свежие препринты, выходящие в ЦЕРН, на научно-популярном, но требующем хорошей теоретической подготовки языке.

– То есть это не так весело и легко, как показано в «Теории большого взрыва»?

– Боюсь, что динамическое развитие сюжета сериала требует, чтобы некоторые моменты были опущены, включая черную и тяжелую работу. С другой стороны, когда что-то в конце концов получается – эта радость ни с чем не сравнится. Она окрыляет, и ты понимаешь, что время потрачено не зря.