Субмиллиметровое окно во Вселенную

Профессор Л.С.Кузьмин и ректор НГТУ имени Р.Е.Алексеева С.М.Дмитриев открывают лабораторию криогенной наноэлектроники НГТУ.
Фото автора

Пытаясь преодолеть синдром самодостаточности науки российской высшей школы, Министерство образования и науки РФ организовало в 2010 году специально для отечественных вузов конкурс мегагрантов (официальное название – «Конкурс на получение гранта правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования»). Согласно условиям конкурса, его победители получают на реализацию проекта трехлетнее финансирование в объеме 150 млн. руб. На первом этапе конкурса (недавно начался второй) поддержали 40 проектов, и во многих случаях грантов удостоены были проекты, в которых в роли «ведущих ученых» выступали представители российской научной диаспоры из Европы и США.

Одним из победителей конкурса стал проект Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е.Алексеева (НГТУ) «Разработка сверхвысокочувствительных приемных систем терагерцового диапазона длин волн для радиоастрономии и космических миссий». Ведущим ученым проекта НГТУ является доктор физико-математических наук Леонид Кузьмин – профессор Чалмерского университета (Гетеборг, Швеция), гражданин Швеции и России, выпускник физфака МГУ имени М.В.Ломоносова.

Пуск самого «низкотемпературного» криостата в России. Фото автора

При этом важно понимать, что НГТУ многие десятилетия был ориентирован главным образом на сотрудничество с предприятиями ВПК; его присутствие в международном научно-образовательном пространстве было крайне незначительным. Поэтому победа в конкурсе мегагрантов, как отметил председатель Нижегородского научного центра РАН, академик Александр Литвак, помимо чисто научной составляющей проекта, важна для Нижегородского технического университета «еще и появлением лидера, очень хорошо интегрированного в европейскую науку».

В удостоенном мегагранта проекте органично соединены интересы прикладной и фундаментальной науки. Прикладной характер проекта связан в первую очередь с освоением терагерцового диапазона, границы которого определяются частотами в 300 ГГц (0,3 ТГц) и 3000 Ггц (3 ТГц) либо длинами волн 1 мм и 0,1 мм. В астрономии данный диапазон обычно называют субмиллиметровым. В силу ряда особенностей электромагнитное излучение терагерцового диапазона предполагается использовать и в системах безопасности – при удаленном сканировании багажа и людей, и в медицине.

Перспективы же субмиллиметровой астрономии связаны в первую очередь с развитием наблюдательной космологии. Именно в этот диапазон попадает излучение объектов молодой Вселенной, формирование которых началось через 300 тыс. лет после Большого взрыва. К субмиллиметровому диапазону частично относится также и реликтовое излучение.

Весьма существенно, что электромагнитное излучение этого диапазона поглощается атмосферой Земли, а потому приемники излучения субмиллиметровой астрономии необходимо размещать либо в космосе, либо на большой высоте над поверхностью Земли. Так, весьма успешными оказались наблюдения с борта аэростата, запускавшегося в 1998 и в 2003 годах в рамках проекта BOOMERanG (Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics). В ходе второго полета – он проходил над Южным полюсом на высоте 42 км – была тщательно исследована анизотропия температуры реликтового излучения, открытие которой стало, по мнению экспертов, одним из важнейших событий наблюдательной космологии последних десятилетий.

Запуск аэростата в рамках проекта «Бумеранг». Фото с сайта www.jrank.org

В рамках проекта BOOMERanG запланирован и третий полет аэростата, в ходе которого будут проведены измерения реликта болометрами более высокой, нежели раньше, чувствительности (болометр – прибор, измеряющий интенсивность приходящего из космоса излучения). Предполагается, что в третьем полете на аэростате будет размещен «болометр на холодных электронах» (БХЭ) конструкции Леонида Кузьмина. В случае успеха шансы на дальнейшее использование БХЭ в космических миссиях резко возрастут. По мнению Кузьмина, успех проекта НГТУ прежде всего связан с окончательной доработкой болометра на холодных электронах.

Именно поэтому созданная для реализации проекта лаборатория криогенной наноэлектроники НГТУ (уже начались эксперименты на закупленном для лаборатории криостате, позволяющем получать самые низкие температуры в России в 10 миликельвина) работает в условиях весьма жесткой конкуренции. Мировому уровню должны соответствовать все разрабатываемые лабораторией приборы для будущих космических миссий: приемные устройства для сигналов терагерцового диапазона; регистрирующие эти сигналы болометры, а также и системы считывания этих сигналов.

«Если нам удастся во всех трех направлениях выйти на уровень 0,9 от того, что можно потенциально достигнуть на мировом уровне, – это неплохо, – считает профессор Кузьмин. – 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 еще допустимо. Но если наши итоговые результаты будут соответствовать уровню 0,1 (что означает уровень 0,5 для каждой из трех систем), – это уже недопустимо».

Заметим, что мировой уровень – это не только высокие характеристики устройств. Мировой уровень – это еще и умение эффективно сотрудничать с ведущими университетами мира, это и необходимость публиковать в международных журналах статьи, на которые нельзя не сослаться┘

Сильной стороной заявки, представленной НГТУ на конкурс мегагрантов, был высокий уровень кооперации: среди партнеров по мегагранту – Институт прикладной физики и Институт физики микроструктур РАН, Нижегородский институт измерительных систем имени Ю.Е.Седакова Росатома, Астрокосмический центр ФИАНа. Проект имеет все шансы вырасти до уровня полноценной международной коллаборации. Уже началась совместная работа с университетами Кардиффа и Оксфорда и с Римским университетом. Как отмечал историк физики, профессор Гарвардского университета Питер Галисон, «┘именно разобщенность науки, переплетение различных типов аргументации придают ей силу и внутреннюю согласованность».

Нижний Новгород