Физика мощных импульсных лазеров, преемственность и черепашки: Ефим Хазанов о своем пути в науку

Ефим Аркадьевич Хазанов — академик РАН, главный научный сотрудник отдела нелинейной и лазерной оптики в Институте прикладной физики РАН (Нижний Новгород), значимая фигура в российской науке. За 40 лет в науке он внес огромный вклад в развитие лазерной физики и нелинейной оптики — разработал фемтосекундный лазерный комплекс PEARL, предложил идею по созданию мегасайенс проекта XCELS, создал новое направление — термооптику магнитоактивных сред и многое другое. В 2018 году академик Хазанов был удостоен Государственной премии Российской Федерации. Он автор более 350 статей в рецензируемых научных журналах, а его работы были процитированы более 40 тысяч раз. Индекс Хирша Хазанова составляет 79. Ефим Аркадьевич рассказал нам о профессиональном пути, воспитании аспирантов, текущих исследованиях и своей жизни вне науки.

— Как давно вы занимаетесь наукой?

— Я бы сказал, что с университета. На тот момент он был еще Горьковским политехническим институтом. В 1982 году я поступил на факультет радиоэлектроники и технической кибернетики. 

— Что вообще для вас значит «заниматься наукой»?

— Устанавливать истину, которую до этого еще не установили. Разными путями. Путем размышлений, расчетов на бумаге и, конечно, с помощью эксперимента. Физика, все-таки, в основном экспериментальная наука, и я в своих исследованиях занимаюсь преимущественно экспериментами. Разумеется, сейчас очень полезный инструмент для физика — —компьютер. Он существенно расширяет возможности любого ученого, не только физика.

— Был ли у вас какой-то интерес к изучению мира в детском возрасте? Был ли в семье кто-то, кто увлекался наукой или непосредственно работал в этой сфере?

— Нет, в семье никто не был связан с наукой. Мама у меня врач-хирург, а папа — журналист, драматург, работал редактором на Горьковском телевидении с первого дня его основания. Не сказал бы, что в детстве наблюдался особый интересный именно к научной деятельности, но еще со школы я очень увлекался физикой и математикой. Это были мои любимые предметы. Видимо, этим выбор профессии и определился. 

— Где вы учились и как вообще складывалось ваше отношение к учебе?

— Я учился в самой обычной школе, которая просто была близко к моему дому, в школе №11 в Нижнем Новгороде. Не могу сказать, что школьные годы были какими-то особенными или сильно запоминающимися. Мне не очень нравилось учиться, но то, что рассказывали на математике и физике, мне было интересно. Я много всего изучал самостоятельно. Я читал научно-популярные книжки. Конкретные названия я уже не вспомню, но что-то вроде «Занимательной физики» и «Занимательной математики». Ну и в олимпиадах участвовал.

— То есть вы еще со школы определились со специальностью?

— Ну в целом да, хотя я играл в шахматы на практически профессиональном уровне, и в принципе был вариант сделать это увлечение профессией. Но выбор был сделан в пользу науки.

— В какой области физики вы работали в студенчестве?

— Я с самого начала попал в тематику лазеров, и в глобальном смысле больше ее не менял. Другое дело, что внутри нее были совсем разные занятия и исследования. Другими словами, тематика исследований у меня менялась несколько раз за жизнь, но все равно все это оставалось в рамках оптики. 

— Но выбрать направление и активно работать в нем — лишь часть успеха. Мне кажется, очень важно, чтобы у студента был хороший и заинтересованный наставник. Согласны ли вы с этим тезисом и кого вы считаете своим наставником?

— Да, безусловно. У меня было даже два научных руководителя. Один — Герман Аронович Пасманик, сейчас он в Америке. Он больше подготовил меня по теоретической части. А второй — Николай Федорович Андреев, заведующий лабораторией импульсных твердотельных лазеров ИПФ РАН. Он научил меня экспериментальным исследованиям. С ним я работал бок о бок в одной комнате, сидели за соседними столами много лет. Это было очень важно и оказало существенное влияние на всю мою последующую деятельность. В этом смысле мне, конечно, повезло.

Полноценно работать в лаборатории у Николая Федоровича я стал сразу после выпуска. Соответственно, опыта у меня было совсем мало. Но как раз в это время лаборатория переходила на новый тип лазеров. Когда я приходил в лабораторию во время практики, я участвовал в экспериментах еще на старой, хорошо изученной установке. Но вот появились новые импульсные лазеры, и Николай Федорович со своей лабораторией взялся за их освоение. Фактически, я с ним все это начал, как говорят «с чистого стола». Обычно так говорят про письменный стол, а в моем случае это был оптический. Мы с ним начали каждый день собирать зеркало за зеркалом, элемент за элементом, до тех пор пока не выстроилась вся эта установка. Это, конечно, было тяжело, но зато интересно, и я сразу многому научился.

— Каким направлением вы занимаетесь сейчас? Почему вы выбрали именно его и как вы к этому пришли?

— Я занимаюсь физикой мощных импульсных лазеров. Моя основная задача — повысить эффективность этих лазеров, не только в плане увеличения мощности, но и в других аспектах. Выбор такого направления — отчасти стечение обстоятельств. Сначала я изучал мощные наносекундные лазеры и нелинейность, связанная с рассеянием Мандельштама—Бриллюэна. Потом занимался тепловыми эффектами. Это тоже область мощных лазеров, но тут важна не пиковая, а средняя мощность, из-за чего неизбежно выделяется много тепла. Соответственно, все проблемы и вся физика связаны с этим. Эти исследования позже позволили присоединиться к международному проекту по детектированию гравитационных волн LIGO. С этим проектом меня познакомил Александр Михайлович Сергеев (впоследствии президент Российской академии наук с 2017 по 2022 год. — ред.). Сразу же выяснилось, что одно из многочисленных (но, тем не менее, обязательных к устранению) ограничений на чувствительность детектора требует исследований, в которых у меня уже был опыт. В результате удалось не только понять физику проблемы, но и придумать, как ее решить. Через несколько лет в ИПФ РАН были созданы уникальные приборы, работающие на большой мощности — изоляторы Фарадея, которые полностью удовлетворили потребности LIGO и работают там круглосуточно до сих пор. 

В начале 2000-х годов я начал заниматься фемтосекундными лазерами с высокой (снова) пиковой мощностью в рамках проекта петаватного лазера в сотрудничестве с РФЯЦ-ВНИИЭФ. В фемтосекундных лазерах тепловая составляющая не так важна. Основная задача этой области — получить большую пиковую мощность в интересах различных фундаментальных экспериментов.

— Насколько мне известно, ученые следят за своей областью исследований и смежными областями. Какая вообще сейчас ситуация в вашей области? Какая задача сейчас ключевая?

— Ну тут зависит от горизонта. Одна из мечт на дальний горизонт — создать настолько мощный лазер, чтобы его поле было таким сильным, чтобы исследовать структуру вакуума. Физический вакуум — не есть пустота. Это некое сложное «устройство», в котором множество скрытых элементов, и чтобы их проявить, нужны очень сильные поля, которые можно получить только с помощью лазера. Это такая фундаментальная вещь, которая имеет общепринятую теоретическую концепцию, но экспериментальной проверки по большому счету не было. Это, пожалуй, главная задача сейчас. Наш лазер пока для таких экспериментов недостаточно мощный, но есть масса задач, которые сопутствуют этому. Ну и плюс есть сама физика лазеров, которая направлена на то, чтобы понять, что ограничивает параметры сейчас и как их улучшить. 

— Расскажите про свое последнее исследование. Что исследовали, какие методы использовали, к каким результатам пришли? Как планируете развивать эти результаты в дальнейшем? 

— В последний год я активно изучал устройство, которое используется в каждом мощном фемтосекундном лазере — оптический компрессор. В каждом лазере он применяется практически одинаково, но при разработке следующего поколения лазеров стало очевидно, что компрессор ограничивает возможности устройства. Мы поняли, что из фундаментальных вопросов этот — ключевой. И там есть существенное ограничение, которые нужно придумать, как преодолеть. И оказалось, что можно в этом направлении двигаться.

Проблема заключается в том, что дифракционные решетки, используемые в компрессоре, чувствительны к мощному излучению. На сегодняшнем уровне технологий вся остальная часть лазера готова к увеличению мощности, а они не готовы. Сделать их технологически менее «капризными» и более стойкими довольно трудно. Несмотря на усилия исследователей, прогресс в этой области пока незначителен. Мы начали изучать этот вопрос, и оказалось, что есть несколько путей решения. Во-первых, можно изменить конструкцию компрессора таким образом, чтобы уменьшить вероятность оптического пробоя и разрушения решеток. Во-вторых, можно оптимизировать параметры компрессора для увеличения мощности пучка без ухудшения его пространственных характеристик. В-третьих, можно разработать новые методы компенсации искажений, вызванных работой компрессора. 

Следующая проблема заключается в том, что компрессор должен не только создавать короткий импульс, но и не портить его пространственные свойства. Строго говоря, все оптические элементы неидеальны, но дифракционные решетки портят пространственные свойства специфическим образом, и известные методы, которыми с этим борются, здесь не работают.

И, конечно, когда мы разобрались в этом, стало более понятно, как изготавливать эти решетки, и как правильно их использовать. Что-то было и так очевидно, а что-то не совсем. Но часто бывают разные причины, каждая из которых приводит к негативным последствиям. Как правило, они действуют по отдельности плохо, а вместе, суммарно еще хуже. Но не всегда. Иногда они действуют более хитрым образом, и тогда возможно одной «неидеальностью» компенсировать другую. Это как раз оказался случай, когда две причины можно заставить не складываться, а вычитаться. При процессе изготовления компрессоров нужно это учитывать. Мы, к сожалению, их не изготавливаем. Но мы общаемся с производителями, чтобы донести, что, если с этими негативными причинами справиться невозможно, то можно их друг другом нейтрализовать. Проще сделать что-то неидеальное, чем долго и, возможно, безрезультатно добиваться идеального. И тогда даже правильно подобранное неидеальное даст хороший результат. Я думаю, это путь к большому прогрессу. 

— Вы сейчас работаете в рамках только российской науки? Или в международных исследованиях тоже участвуете? 

— Мы сотрудничаем с китайскими партнерами. У нас проводятся некоторые совместные исследования. Наше взаимодействие носит преимущественно теоретический и интеллектуальный характер. Но я думаю, что это не предел наших возможностей. У нас даже создана совместная лаборатория, деятельность которой направлена на развитие двух мегасайенс-проектов: XCELS в России и SEL-100PW в Китае. Оба проекта направлены на создание лазера с мощность 100ПВт и более. Архитектуры проектов очень похожи, поэтому мы сталкиваемся с одними и теми же проблемами и синергия совместной работы очень большая.

— Каково вообще сейчас быть российским ученым в мировом сообществе со всеми санкциями? 

— Конечно, сложнее. Но настоящие ученые, профессионалы не связывают это с конкретными личностями. Однако есть ограничения на формальное общение, въезды и официальные приглашения. Во многих местах такое общение сильно ограничено. Совместные исследования запрещены. Но это не мешает людям общаться на конференциях, это одна из ключевых частей научной работы.

Закрытые исследования всегда существовали, и коммерческие тайны тоже всегда были в секрете. Формат обсуждения разных вопросов на конференциях сохранился, и там ограничений нет. Однако даже имея хорошие отношения с людьми и возможность свободно общаться, очень трудно организовать продуктивное сотрудничество, если нет возможности проводить реальные эксперименты с посещениями лабораторий.

— Судя по тому, что мы уже успели обсудить, у ученых очень насыщенная жизнь. На Дне открытых дверей Высшей школы общей прикладной физики абитуриент спросил у вашего коллеги, возможно ли совмещать научную деятельность и личную жизнь. А вам удается уделять время семье и себе?

— Заниматься наукой вовсе не означает, что нужно полностью отказываться от семьи, увлечений и всего остального. Есть ли у вас время на личную жизнь, зависит не от профессии, а от вашего отношения к ней. Если человек трудоголик, то он, даже будучи продавцом например, будет проводить на работе все свое свободное время. 

Другой вопрос в том, что мозг ученого устроен так, что он не может перестать думать. Есть легенда о Менделееве, которому приснилась таблица элементов. Хотя на самом деле она ему не снилась, в этой истории заложен другой смысл. Дело не в том, что он счастливчик, которому снятся ответы на вопросы, а в том, что он много думал, когда бодрствовал, а мозг и ночью работает, хотя нам кажется, что нет.

Кажется, что ученый должен выспаться, прийти на работу, успокоиться и начать думать. Как учитель, закончив уроки, идет домой и не может продолжать работать с детьми. Он начнет учить детей на следующий день. Но ученый не может не думать о работе постоянно. Это, с одной стороны, отвлекает от обычной жизни, а с другой — помогает находить новые решения. Я вот, например, плавая в бассейне, придумываю много интересных задач, а иногда и их решений, которые потом переношу на бумагу. Правда, уже вне бассейна. 

— Вы сказали, что мозг ученого работает вообще без остановок — и до, и после рабочего дня в голове крутятся текущие задачи. И чтобы как-то от этого отвлекаться, большинство выбирает себе какое-то увлечение. Ваши однокурсники Михаил Глявин и Алексей Кирсанов упоминали, что вы в студенчестве вместе с ними ходили в турпоходы. А какое у вас отношение к этому сейчас? И как вы «выключаетесь» из рабочего процесса? 

— Сплавы на байдарках и катамаранах были ежегодными не только в студенческие годы, но и после. Потом росли дети и походы стали «детскими». А когда они выросли, походы «взрослыми» не стали. Сейчас я этим не занимаюсь. Наверное, прошло уже около 10 лет с момента моего последнего сплава на байдарках. Но зато я плаваю в бассейне по пять раз в неделю. Даже в командировке, если есть такая возможность. Я стараюсь много ходить пешком, это очень полезно для здоровья и для мыслительных процессов. При этом совершенно необязательно опять думать о работе (хотя мозг сам думает :-)). Можно просто включить музыку или аудиокниги. Когда-то у меня был специальный плеер для плавания, но звук там слишком тихий, а вода очень шумит, поэтому я его отложил. А вот прогулки с аудиокнигой мне очень нравятся. Это и физическая активность, и форма отдыха одновременно.

Еще возле моего дома есть небольшая баскетбольная площадка, на которой я иногда бываю. Не могу сказать, что я профессионально играю в баскетбол, но играю. А еще у меня есть дома коллекция черепашек. Когда-то давно, примерно в нулевые, я начал их собирать, и с тех пор у меня их набралось не меньше тысячи. Я привожу их из командировок. Просто обычные сувениры — это как-то неинтересно. Так сложилось, что я случайно привез сначала одну, потом другую, а потом это стало уже традицией.

В коллекции есть всякое. Например, одну полку занимают фигурки из ракушек, другую — женские украшения: броши, сережки, кольца. В основном это всякие сувенирные вещи, но иногда попадаются и более необычные экземпляры вроде кошельков, зажигалок, трехмерных паззлов, компьютерной мыши, даже массажеров в виде черепахи, а также черепахи из шоколада, соли, мыла, воска, лавы и т. д.

А еще у меня есть синтезатор, на котором я периодически играю. В детстве я учился играть на пианино. Правда, не сильно успешно, потому что у меня совершенно нет слуха. Я только по нотам могу играть. Сначала мы купили синтезатор ребенку, он учился играть, ну и я заодно вспоминал молодость. А потом дети выросли, съехали и я купил себе свой собственный инструмент. 

— Что вы обычно слушаете на прогулках?

— Я слушаю бардовские песни. Начиная от Высоцкого, Галича, Окуджавы, Визбора, Кима, Егорова и далее с остановками везде. В машине я теперь тоже вместо радио слушаю музыкальные записи со смартфона. 

— Мы с вами поговорили про другую, непрофессиональную деятельность. А вот если бы не физика, чем бы вы могли заниматься?

— Наверное, я был бы хорошим врачом. Но это если бы я не боялся крови и любил бы все это безобразие. Это из того, что было, когда я заканчивал школу. Из того, что появилось существенно позже, я бы выбрал юриспруденцию. Тогда юристы, естественно, были, но это было совсем неинтересно и не то. Сейчас, возможно, это тоже не то, но глядя на некоторые сериалы, мне кажется, что я мог бы быть юристом. По складу ума и стремлению к истине оно мне кажется близким.

— Давайте вернемся к теме преемственности. В ИПФ РАН работает ваш сын. Повлияли ли вы как-то на его решение идти в науку?

— Ну нет, это было его собственное решение. На счет того, взял ли Гриша пример с меня, я не уверен. Но из всего, что существует, физика была ему наиболее интересна. То есть если бы ему нравилась, например, биология, и он бы хотел стать врачом, я бы этому не препятствовал. Более того, у меня есть второй сын, который сейчас учится в ВШЭ и к физике никакого отношения не имеет. Он занимается программированием. 

— Как вы считаете, есть ли какой-то способ как привить ребенку любовь к науке? И вообще, можно ли вырастить ученого? 

— Склад ума и образ мышления ученого очень специфичны. В науке существует строгая система точных и обоснованных доказательств. Все результаты, независимо от того, сколько времени потребовалось для их получения — час или несколько месяцев, должны быть проверены. Это не только подтверждение того, что он сам написал, но и оценка результата с точки зрения его оптимальности и противоречивости. Ученый придумывает тест, создает ситуацию, в которой ответ очевиден, и проверяет свой результат на соответствие. И так происходит во всех науках, хотя и в разной степени.

Разумеется, ребенок должен быть заинтересован в изучении чего-либо. Мы можем обратить внимание на его склонности и увлечения. Например, в школе он самостоятельно изучает физику, математику и биологию. Если у него есть талант к чему-то, то, возможно, он проявится без посторонней помощи. Однако в некоторых случаях, чтобы помочь ребенку раскрыть свой потенциал, нужно его подтолкнуть. Например, если мы не будем учить его играть в шахматы, то он не сможет научиться этому искусству самостоятельно. Или если не научим его кататься на велосипеде, то он не сможет продемонстрировать свои навыки. Может быть, он станет величайшим велосипедистом, но как он узнает об этом, если никогда не ездил на велосипеде? Поэтому задача родителя — показать ребенку, сколько всего есть в мире, чтобы он мог попробовать себя в разных сферах.

— Сколько аспирантов защитилось под вашим руководством? 

— Восемь моих учеников успешно защитили диссертации. Среди них — Сергей Миронов, доктор физико-математических наук, руководитель лаборатории пространственно-временного профилирования фемтосекундного лазерного излучения ИПФ РАН. Также стоит отметить Александра Соловьёва, руководителя лаборатории лазерно-плазменных источников синхротронного излучения и нейтронов ИПФ РАН. Недавно он принял участие в проекте «Наука в лицах», где представил проект Международного центра исследования экстремальных световых полей XCELS.

Научные кадры — это штучные экземпляры, поэтому преемственность — неотъемлемая часть образовательного процесса. В нашем институте создана Высшая школа общей и прикладной физики, которая должна стать центром высшего образования и подготовки специалистов. Развитие науки тормозится, когда связь между поколениями прерывается. Когда эта цепочка разрывается, это всегда чревато для направления, для которого люди начинают работать. Я думаю, что важны не только навыки, но и принципы, которые необходимо закладывать с самого начала. 

— Время блиц-вопросов. Три важнейших качества ученого.

— В ученом должна быть какая-то устремленность или драйв. Безусловно, талант. И третье, я думаю, можно описать словами «порядочность» и «чистоплотность». Не в смысле мытья рук, а в смысле отношения к научной этике. Да и к человеческой тоже.

— Пять ваших ключевых достижений и в науке и в целом «по жизни».

— Во-первых, у меня два сына. У меня есть дом, который построен не своими руками, конечно, но по моему проекту. Из научных достижений, наверное, это все-таки существенный кусок исследований тепловых эффектов в разных оптических лазерных элементах. Особенно из них стоит выделить лазерную керамику. И к созданию лазера PEARL, который является одной из визитных карточек нашего института, я тоже приложил руку от самого начала этой деятельности в 2001 году и по сей день продолжаю. Этот лазер лег в основу сформулированными нами проекта XCELS, который был включен в число проектов мегасайенс в 2011 году. В 2022 году мы полностью обновили проект с учетом последних достижений. 

— А вообще, оглядываясь назад, вы можете сказать, что довольны тем, что успели сделать за жизнь? 

— Научной частью — да, доволен! А если говорить про ненаучную, не всем доволен. Детей могло бы быть побольше. Может быть, надо было какое-то время пожить в другом месте, чтобы просто понять, как это. Конечно, я ездил в командировки, но я всю жизнь прожил в Нижнем. Максимум я уезжал на два месяца в Америку, и я там работал несколько раз по два месяца (в проекте LIGO). Так сложилось, и даже трудно сказать, почему. Когда это актуально и интересно, мы ездили туда в командировки, а потом необходимость пропала. Но командировка все равно не ощущается так, как переезд. Да, ты можешь снимать квартиру на длительный срок, платить там за электричество, получать водительские права. Но это все равно временно. Ты все время живешь с ощущением, что скоро вернешься домой.

Еще меня расстраивает, что не удалось найти деньги на мегасайенс-проект. Он существует с 2011 года, то есть уже 13 лет. Сейчас активно ведутся разговоры о том, чтобы все-таки запустить этот проект, даже начато финансирование, но незначительное. И, конечно, хочется верить в лучшее. Но, во-первых, реального начала пока нет, а во-вторых, мне уже на 13 лет больше, чем было тогда, и взгляд на вещи уже совсем другой. 

— Если бы вы встретили маленького себя, какое наставление вы бы ему дали?

— Поменьше юношеского максимализма. Нужно не так однозначно смотреть на вещи, а более гибко все оценивать.

 

При поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571, а также всемерной поддержке Физтех-союза.