В Нижегородском государственном техническом университете (НГТУ) им. Р. Е. Алексеева создана лаборатория криогенной наноэлектроники, которая займётся разработкой болометра – уникального прибора для исследования параметров реликтового излучения с борта аэростата в рамках международного эксперимента «Бумеранг-3».

О роли российской науки в грандиозном космическом проекте, а также о новых достижениях в области космологии рассказывает основатель новой лаборатории в НГТУ, получатель мегагранта для ведущих учёных, профессор Чалмерского технологического университета (Гётеборг, Швеция) Леонид Кузьмин.

Рис. 1. Леонид Кузьмин: «На вопрос, верю ли я в успех, могу ответить, что просто работаю на него и иных вариантов не рассматриваю! Свой настрой хочу передать всем участникам нашей совместной работы в Нижнем Новгороде».

Для справки: Кузьмин Леонид Сергеевич, профессор Чалмерского технологического университета (Гётеборг, Швеция), доктор физико-математических наук. Проект «Разработка сверхвысокочувствительных приёмных систем терагерцового диапазона длин волн для радиоастрономии и космических миссий», представленный Л. С. Кузьминым совместно с Нижегородским государственным техническим университетом им. Р. Е. Алексеева, стал победителем конкурса на получение гранта правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих учёных в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования. Для реализации проекта в НГТУ создана лаборатория криогенной наноэлектроники. С 19 по 21 января 2010 года в НГТУ проходил открытый семинар по презентации проекта и лаборатории.

Мировой экзамен для НГТУ

В Вашем CV самое первое научное достижение датируется 1984 годом, когда Госкомитет по делам открытий и изобретений СССР выдал Вам диплом на открытие. Расскажите об этом, пожалуйста.

— Когда я делал свою дипломную работу на физфаке Московского университета, то теоретически обнаружил, что в сверхпроводящих джозефсоновских переходах должен наблюдаться необычный эффект – очень сильное параметрическое усиление сигналов. Теоретическое предсказание этого эффекта вошло в мою дипломную работу, которую я выполнял под руководством Константина Лихарева. Экспериментально эффект был обнаружен, когда я работал над кандидатской диссертацией. Был сконструирован соответствующий усилитель; это стало одним из основных результатов диссертации. Обнаруженный эффект был зарегистрирован как открытие в соответствующем реестре под номером 285.

Для справки: журнал Science, подводя в конце 2010 года научные итоги десятилетия, назвал в числе десяти главных достижений превращение космологии в точную науку. Во многом это обусловлено началом детальных исследований реликтового излучения. Дальнейшая работа в этом направлении предполагает использование сверхчувствительных приёмников излучения, в частности «болометров на холодных электронах». В научном сообществе Леонид Кузьмин известен как главный разработчик таких болометров. Их предполагают использовать в приёмных системах терагерцового диапазона, которые будут разрабатываться в лаборатории криогенной наноэлектроники НГТУ.

В чём преимущества болометров, которые Вы разрабатываете, и где будут использоваться созданные устройства?

— Болометр на холодных электронах – уникальный прибор, совмещающий две основные функции. Первая – это сверхчувствительное измерение малых сигналов, а вторая – электронное охлаждение наноабсорбера, на который падает измеряемое болометром излучение. Это приводит, в частности, к уменьшению шумов. Предполагается, что с помощью именно таких болометров на холодных электронах будут исследоваться параметры реликтового излучения с борта аэростата, запуск которого запланирован в рамках эксперимента «Бумеранг-3» (BOOMERanG – Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics). «Бумеранг-3» как раз является продолжением серии экспериментов, начатых на телескопах «Бумеранг-1» и «Бумеранг-2», которые были первыми в той серии исследований, «сделавших» космологию точной наукой. В этих экспериментах была, в частности, обнаружена анизотропия температуры реликтового излучения. Разработчиком болометров для «Бумеранг-1» и «Бумеранг-2» была знаменитая лаборатория реактивного движения в Калифорнии (Jet Propulsion Laboratory). По неясным причинам она отказалась разрабатывать новое поколение болометров для более высокочастотного диапазона 350 ГГц, и эта задача была предложена Чалмерскому университету. Основным исполнителем проекта «Бумеранг» считается Римский университет в тесном сотрудничестве с Кардиффским университетом (Великобритания). Сейчас к этой разработке подключается НГТУ.

Если разрешение на полёт аэростата над российской территорией удастся получить, то его запуск будет проведён со шведского космодрома Эсрандж, в чём Швеция очень заинтересована. В марте 2010 года российский президент и шведский премьер-министр подписали соглашение о сотрудничестве в освоении космоса, что, несомненно, сделает процедуру согласования маршрута полёта более простой.

С подключением НГТУ к работам по «Бумерангу» участие России в проекте уже станет более реальным, чем просто разрешение на пролёт аэростата.

Ожидается также наше участие в другой астрофизической миссии – проекте уникальной космической обсерватории «Миллиметрон», которая включена в российскую космическую программу до 2018 года. Этот проект ведёт Астрокосмический центр ФИАНа на основе широкой международной кооперации.

Работа по проекту, руководителем которого Вы являетесь, будет сосредоточена в лаборатории криогенной наноэлектроники НГТУ. Ключевым становится вопрос о наборе сотрудников. В какой степени Вы будете контролировать этот процесс?

— Я хочу этот процесс не столько контролировать, сколько стимулировать – чтобы он развивался в правильном направлении. Участвовать в проекте сейчас хотят многие, и нам, разумеется, специалисты нужны. Необходимы люди увлечённые и квалифицированные, потому что в этой области российская наука отстаёт от мировой почти на два десятилетия. И я совершенно отчётливо понимаю, что проект с НГТУ будет успешным только в одном случае: если мы с самого начала будем ориентироваться на мировой уровень. Разработанная нами программа исследований предполагает создание трёх систем: приёма сигналов терагерцового диапазона; выделения и регистрации этих сигналов болометром; и считывания сигналов. Если нам удастся во всех трёх направлениях выйти на уровень 0,9 от того, что можно потенциально достигнуть на мировом уровне, – это неплохо. Но при этом наш уровень на выходе будет определяться произведением уровней, достигнутых при разработке отдельных систем, и в итоге мы получим потери сигнала на уровне 0,7. Уже не так хорошо, хотя ещё допустимо. Но, если наши итоговые результаты будут соответствовать уровню 0,1 (что означает уровень 0,5 для каждой из трёх систем), – это уже недопустимо.

Гонка за темпом и работа на успех

От реализации проекта ожидаются вполне определённые научные результаты. Но не менее существенно и другое: выступая на семинаре в НГТУ, председатель Нижегородского научного центра РАН, академик Александр Литвак, заметил, что важность проекта определяется также и появлением лидера, очень хорошо интегрированного в европейскую науку. В связи с этим что, на Ваш взгляд, говоря обобщённо, принципиально отличает российских учёных от их коллег из стран Евросоюза?

— Мне нравится сравнение, которое любит приводить в своих выступлениях Леонид Гозман из «Роснано». По его словам, работающие в Европе и США учёные-соотечественники отличаются от своих российских коллег тем, что смело берутся за задачи, превышающие достигнутый уровень. В чём дело – они более смелые, что ли? Да нет, обычные люди… Но у них нет другого выхода. Потому что система устроена так, что

единственный способ получить финансирование – это представить проект, который находится за гранью достигнутого:

только в этом случае вы можете рассчитывать, что он будет поддержан. При этом в агентствах понимают, конечно, что в большинстве случаев эти суперрезультаты не будут достигнуты, но это хороший стимул, чтобы двигаться вперёд. И это в конечном итоге нормально! Результаты выполненных исследований публикуются в ведущих журналах и практически в любом случае способствуют научному прогрессу. И когда учёный подаёт следующую заявку, то эксперты в основном смотрят на предыдущие результаты. А многочисленные и бессмысленные отчёты и горы бумаг на Западе никому не нужны.

В лаборатории криогенной наноэлектроники в НГТУ мы хотим организовать нечто подобное хотя бы с циклом в полгода. Мы предлагаем всем её сотрудникам выбирать задачи, а спустя полгода будем оценивать полученные результаты. В данной ситуации самое лучшее – одновременно реализовывать несколько конкурирующих концепций. Продление работ будет определяться соответствием полученных результатов с достигнутым мировым уровнем.

На вопрос, верю ли я в успех, могу ответить, что просто работаю на него и иных вариантов не рассматриваю! Свой настрой хочу передать всем участникам нашей совместной работы в Нижнем Новгороде. Вот сейчас Чалмерский университет участвует в реализации престижного баллонного телескопа «Бумеранг», и мы в этом проекте единственные поставщики болометров. Этим сказано всё.

А в реализации нижегородского проекта будут участвовать только нижегородские академические и отраслевые исследовательские институты? Я имею в виду в первую очередь ИПФ РАН и ИФМ РАН.

— Не только. Предполагается участие специалистов из Астрокосмического центра ФИАНа, Института радиотехники и электроники РАН, МГПУ, нижегородского НИИСа (Научно-исследовательского института измерительных систем имени Ю. Е. Седакова) и других институтов.

Из других стран кто-то будет участвовать в проекте?

— В первую очередь мы будем тесно сотрудничать с университетами Рима и Кардиффа. Ещё один интересный вариант намечается: к нам (в Чалмерский университет) должны вскоре приехать английские коллеги из университета Уоррика. Как и мы, они разрабатывают болометры на холодных электронах (только с полупроводниковым абсорбером) и планируют провести серию измерений на нашем криостате.

Но на нём достигаются температуры «только» в 50 милликельвин, в то время как НГТУ уже приобрёл на средства мегагранта уникальный криостат на 10 милликельвин.

Между прочим, это уникальный для России прибор – больше ни у кого такого нет! Нижегородский криостат относится к так называемым «сухим» криостатам, не требующим заливки жидкого гелия. Вы просто нажимаете кнопку «пуск» – и через 24 часа в Вашем распоряжении температура 10 милликельвин. Коллеги из университета Уоррика уже интересуются возможностью провести измерения на нижегородском криостате.

Специалисты, умеющие на таком криостате работать, в Нижнем Новгороде есть?

— Пока нет, но это вопрос времени. К нам в Гётеборг на стажировку уже приезжал Олег Большаков из ИПФ РАН. С запуском криостата и первым обучением специалистов помогут исследователи из Оксфорда, а дальше всё в наших руках. Открываются совершенно уникальные возможности в области криогенных экспериментов.

Лыжи и хижина эскимосов

В конце Вашего СV упоминается ещё два вида «активности в сфере низких температур»: участие в одиннадцати лыжных гонках и строительство снежных иглу (жилище эскимосов. – STRF.ru). Расскажите об этом подробнее.

Рис. 2.

— Ну кто же в Швеции не мечтает поучаствовать в знаменитой исторической гонке ВазаЛоппет (90 километров), которую прошёл в 1524 году их король Густаф Ваза, спасаясь от датчан и поднимая народ на восстание. Даже нынешний шведский король Карл XVI Густаф несколько раз участвовал в этой гонке на круглые даты своего дня рождения. Ну и я решил не отставать и с незабываемыми впечатлениями 11 раз преодолевал эту трассу. Лучший результат – 8 часов 6 минут.

А строительство иглу я освоил ещё в России. Их мы сооружаем, используя исключительно традиционные эскимосские пилы (просто ножовки). Много лет я провожу семинары на севере Швеции в Бьёрклидене (200 километров за полярным кругом). После посещения известного в Швеции Ледяного Отеля мне пришла идея построить гигантскую иглу, а после её возведения поместить всех участников семинара наверх и сделать памятное фото. Эта идея себя полностью оправдала. Так, последнюю снежную хижину сооружала международная команда из 15 стран. В итоге на куполе построенной нами хижины смогли разместиться 47 участников семинара с общим весом 3722 килограмма! Информацию об этом рекорде мы направили для регистрации в книге рекордов Гиннеса – как самую прочную хижину в мире.