От детского наития до исследований высокого уровня

Любовь к физике у меня появилась в начальных классах (правда, тогда я еще не знала, что это - физика). В моем дворе была детская стоячая карусель в форме буквы "Ф", где мы с подружками любили проводить время после школы. Центр карусели был закреплен и вкопан в землю, а сама карусель раскручивалась вокруг центра. Карусель была тяжелой, и, чтобы раскрутиться на ней, маленьким и легким девочкам нужно было приложить немало усилий (приходилось цепляться за нее и отталкиваться ногами от земли, чтобы ускорить вращение). В какой-то момент я осознала, что если легонько оттолкнуться и начать двигаться к центру по перекладине карусели, то карусель начинала вращаться значительно быстрее. "Ого, как здорово, - подумала я, - теперь мне не нужно будет прикладывать много усилий, чтобы отталкиваться ногами от земли!". Таким образом я интуитивно применила законы физики, описывающие вращательное движение, к своей жизни еще в младших классах, не зная формул и того, что скорость вращения карусели зависит от положения масс на ней. С тех пор прошло много времени, и сейчас я занимаюсь ядерной физикой, изучаю различные характеристики ядер, в том числе и их вращение. Совпадение ли?

После начальной школы я случайно поступила в физико-математический лицей, где училась по 11-й класс. Хорошо помню тот момент, как в 7-м классе у меня началась физика, и я жадно пыталась впитывать всю ту информацию, которую на уроках давали учителя. Каждые полгода, начиная с 7-го класса, мы сдавали экзамены - математика и русский были обязательными, остальные предметы выбирал сам ученик. И каждые полгода я выбирала экзамен по физике, который успешно сдавала. В 9-м классе нас распределили по профильному обучению. Конечно, я пошла на физико-математический, на котором с огромным желанием обучалась естественно-научным предметам. Моя любовь к физике была обусловлена тем, что все законы и правила были применимы в обычной жизни. Например, изучая тему "Колебания" я осознала следующее правило: "Если вы несете полную чашку чая, нужно идти быстро, иначе колебания поверхности жидкости и ваше движение "сложатся", что вызовет резонанс, а чай окажется на полу. Уже пролили чай? Не стоит отчаиваться, для этого тоже есть лайфхак - просто размажьте пятно, чтобы увеличить его площадь, тем самым ускорив испарение!". Чудеса? Нет, физика!

Конечно, школьная физика мне очень нравилась, но в старших классах меня захватило олимпиадное движение. Я успешно принимала участие почти во всех олимпиадах (они проходили чуть ли не каждые выходные) по физике, математике и даже криптографии, а на каникулах мы с одноклассниками ездили на физико-математические школы, которые проводились на базе детских лагерей.

Большую роль в моем становлении, конечно же, сыграли мои учителя физики, которые смогли влюбить своих учеников в этот предмет и создать благоприятную атмосферу для развития. Уже в те годы я начала задумываться о том, как важен благоприятный климат в коллективе, который способствует эффективному взаимодействию между молодежью и корифеями науки. Сейчас я являюсь аспирантом третьего года обучения в государственном университете "Дубна" по направлению "Теоретическая физика", и спустя почти 10 лет со дня окончания лицея непрерывно продолжаю изучать физику. Также уже восьмой год работаю по специальности в Лаборатории теоретической физики имени Н.Н.Боголюбова. С этого года я являюсь представителем Объединения молодых ученых и специалистов своей лаборатории и активно занимаюсь созданием той самой дружелюбной творческой атмосферы для эффективного взаимодействия между молодыми сотрудниками различных отделов, служб и лабораторий. Убеждена, что это способствует не только профессиональному, но и личностному росту сотрудников.

Конечно, параллельно с моим обучением в университете я занимаюсь научной деятельностью. Начиная с третьего курса бакалавриата работала в ЛТФ в должности лаборанта, на базе чего написала свою бакалаврскую работу "Исследование тяжелых ядер на основе коллективного гамильтониана" под руководством Елены Александровны Колгановой. Совместную работу мы продолжили и в магистратуре, итогом которой стала магистерская диссертация "Исследование цепочки изотопов Мо на основе коллективной модели".

В аспирантуре я сменила направление исследования, и сейчас работаю под руководством Валентина Олеговича Нестеренко. Мы исследуем низкоэнергетические состояния деформированных ядер в рамках самосогласованного метода приближения хаотических фаз с силами Скирма. Как было упомянуто в начале, вращение тел интересовало меня с детства, и сейчас я изучаю вращательные характеристики деформированных ядер.

Первые два года аспирантуры я активно занималась исследованием поведения момента инерции легких сильнодеформированных ядер ²⁴Mg и ²⁰Ne. Наше исследование показывает, что момент инерции этих ядер ведет себя нестандартно: сначала он возрастает с ростом деформации до области равновесного значения, а затем начинает резко убывать (Рис. 1а, 1б). Такой нетипичный "спад" момента инерции в этих ядрах и стал предметом нашего исследования. В своей работе мы предполагаем, что такое поведение момента инерции объясняется оболочечными эффектами, влиянием спаривания и перестройкой одночастичного спектра легких сильнодеформированных ²⁴Mg и ²⁰Ne.

Рис. 1(а, б). Зависимость момента инерции ядра J от деформации ядра β для ²⁴Mg и ²⁰Ne, посчитанная в трех подходах: ATDHF - момент инерции в адиабатическом приближении (микроскопическая модель ядра),
RB - твердотельный момент инерции (макроскопическая модель ядра),
HD - гидродинамический момент инерции (макроскопическая модель ядра).
β_exp - экспериментальная деформация, черной стрелкой отмечена теоретически рассчитанная деформация ядра

Анализ результатов мы проводили в двух подходах: на основе макроскопических и микроскопических моделей. В качестве макромоделей мы рассматривали ядро как твердое тело (Rigid Body, или RB) и как жидкую каплю (Liquid Drop, или LD). Макроскопические твердотельный и гидродинамический моменты инерции в зависимости от деформации ядра β представлены следующими формулами:

где M - массовое число, R - радиус.

Очевидно, что макромодели предсказывают только рост момента инерции ядра с ростом его деформации.

Микромодели допускают "спад" момента инерции с ростом деформации β. В качестве примера такой микромодели на рисунках 1а и 1б приведен момент инерции, посчитанный в случае адиабатического приближения (Adiabatic time-dependent Hartree-Fock, ATDHF): в области экспериментального значения равновесной деформации bexp момент инерции начинает резко спадать. Такое поведение момента инерции поддерживают также микроподходы Инглиса - Беляева (Inglis - Belyaev, или IB) и Таулеса - Валатина (Thoules - Valatin, или TV), в которых момент инерции прямо пропорционально зависит от матричного элемента и обратно пропорционально зависит от разницы энергий между двумя уровнями (это означает, что между двумя одночастичными уровнями вблизи поверхности Ферми образуется большая энергетическая щель, из-за чего эти уровни находятся далеко друг от друга, а значит, слабо взаимодействуют).

Приятной новостью в этой работе оказался тот факт, что экспериментальные данные поддерживают наше исследование при малых угловых моментах: I=4-6 для ²⁴Mg и I=2-4 для ²⁰Ne.

Конечно, эту работу можно дополнить, используя и другие микроскопические подходы, например метод антисимметричной молекулярной динамики (Antisymmetrized Molecular Dynamics, или AMD). Также желательно изучить влияние на поведение момента инерции эффектов среднего поля, кластеризации, вращения и γ-деформации.

Сегодня мы с В.О.Нестеренко продолжаем исследование деформированных ядер. На данный момент мы исследуем цепочку ^250-260No, а именно изучаем низколежащий спектр этих ядер и его характеристики. Цепочка изотопов нобелия, как и большинство ядер в этой области, экспериментально изучена слабо, что дает возможность теоретикам высказывать свои предположения и делать предсказания, касающиеся тех или иных характеристик этих ядер. Мы планируем продолжать работу над анализом низколежащих состояний изотопов нобелия, что позволит как теоретикам, так и экспериментаторам совместным трудом добиться высоких результатов.

Мария МАРДЫБАН