Конкурс имени Р.В. Хохлова на лучшую студенческую научную работу 2012 года

Как известно, в январе каждого года на физическом факультете проводится конкурс на лучшую студенческую работу им. Р.В. Хохлова. По положению на конкурс могут выдвигаться научно-исследовательские работы студентов физического факультета — это могут быть научные статьи, дипломные, курсовые и другие законченные работы, представляющие самостоятельные научные исследования.

В этом году кафедрами была выдвинута одна работа студента 5-го курса и 26 дипломных работ, защищенных в январе этого года. Итоги конкурса подвело жюри, созданное приказом декана из активно работающих ученых физического факультета. Члены жюри были приятно удивлены высоким научным уровнем большинства представленных научных работ. В связи с этим, учитывая ограниченное число призов и сжатые сроки работы, жюри работало весьма напряженно. Эта работа проходила следующим образом. Все научные работы были розданы для рецензии соответствующим специалистам — членам жюри. Далее, на первом заседании, каждый член жюри, рецензировавший работу, характеризовал сущность работы по следующим позициям: как новое физическое явление или эффект, новую теорию, работу, имеющую очевидное практическое применение, или оригинальную методическую разработку. Далее излагалось содержание и значение работы, а также приводились формальные характеристики работы: число опубликованных и принятых в печать статей, опубликованных и принятых в печать тезисов докладов, а также число выступлений на конференциях. Затем члены жюри задавали выступающему рецензенту вопросы и высказывались по данной работе. Обсуждение заканчивалось предложением рецензента, на какую премию может претендовать обсуждаемая работа. После такого обсуждения всех работ проводилось тайное голосование, при котором каждый член жюри мог поставить каждой работе в порядке убывания значимости три, два один или ноль баллов. Затем счетная комиссия определила список участников конкурса в порядке убывания набранных очков.

Далее авторы восьми лучших работ были приглашены для доклада своей работы на второе заседание, которое проходило 19 января в центральной физической аудитории. Члены жюри прослушали доклады и задали студентам вопросы. После заслушивания всех работ проводилось еще одно тайное голосование. Затем счетная комиссия определила список призеров конкурса в порядке убывания набранных очков.

По итогам конкурса первая премия и денежный приз в размере 20000 рублей получили студентка кафедры акустики Карзова Мария Михайловна и студент кафедры общей физики и волновых процессов Курицын Илья Игоревич.

Победительница конкурса дипломных работ им. Р.В. Хохлова Маша Карзова родилась в небольшом провинциальном городке Кольчугино Владимирской губернии. В старших классах Мария училась в Москве. Приемная комиссия школы-интерната им. А.Н. Колмогорова (СУНЦ МГУ) традиционно проводила вступительные испытания в областных городах России с целью отбора наиболее талантливых школьников «из глубинки». Успешно пройдя все этапы вступительных испытаний, пятнадцатилетняя Маша была приглашена для обучения в физико-математическом классе СУНЦ МГУ. Профессор физического факультета МГУ Валентин Федорович Бутузов, преподающий в СУНЦе геометрию, каждое занятие разбирал со школьниками элегантные геометрические задачи и доказательства, заинтересовывал старшеклассников задачами гомотетии и инверсии. Живые и интересные семинары преподавателя физики Татьяны Петровны Корнеевой, сопровождающиеся яркими физическими демонстрациями, оказали ключевое влияние на выбор физического факультета для поступления после окончания школы.

На третьем курсе физфака Мария распределилась на кафедру акустики в лабораторию физики мощного ультразвука и медицинской акустики (научный руководитель — доцент В.А.Хохлова). Теоретическая часть ее работы посвящена исследованию нелинейных механизмов насыщения различных акустических параметров ударно-волновых полей, создаваемых фокусирующими излучателями. Эта задача важна для медицинской акустики, поскольку фокусированные ударные импульсы широко используется в литотрипсии для разрушения почечных камней, а мощные ультразвуковые волны применяются в неинвазивной хирургии для разрушения опухолей мягких тканей. Для решения этой задачи Мария овладела технологией параллельных вычислений на суперкомпьютерном комплексе МГУ. Полученные результаты работы представлялись на нескольких российских и международных конференциях. Ее выступление на «XXIV Сессии Российского акустического общества» было отмечено дипломом за лучший доклад молодого специалиста в секции «Нелинейная акустика». Статья Марии «Механизмы насыщения нелинейных импульсных и периодических сигналов в фокусированных акустических пучках» опубликована в профильном Акустическом журнале.

Благодаря многолетнему сотрудничеству кафедры акустики с Высшей центральной школой г. Лиона, Мария провела во Франции экспериментальные исследования по оптической визуализации отражения слабых ударных волн от жестких поверхностей. Важным результатом эксперимента явилось подтверждение образования пространственных структур типа «ножки» Маха при отражении акустических сигналов с ударными фронтами от поверхностей — ранее этот эффект был предсказан только теоретически, и возможность его существования долгое время оставалась спорной.

За успехи в учебе на физическом факультете Марии несколько раз присваивали именную стипендию имени М.В. Ломоносова, а за успехи в научной деятельности Мария была удостоена стипендией Американского акустического общества (Acoustical Society of America) и фонда «Династия» им. Д. Зимина.

Коллектив кафедры акустики желает Марии дальнейших успехов в научной деятельности и новых побед!

В работе студента кафедры общей физики и волновых процессов Ильи Курицына (научный руководитель — доцент А.П. Шкуринов) «Широкополосное излучение плазмы оптического пробоя воздуха» рассматривается метод получения импульсного терагерцового излучения (c длиной волны в диапазоне 3-300 мкм) при помощи лазера с ультра-короткой длительностью импульса (100 фемтосекунд). В ходе работы предпринимается попытка глубокого осмысления физики процесса излучения субмиллиметровых волн плазмой, возникающей в результате оптического пробоя газовой среды сфокусированным излучением видимого диапазона длин волн.

Существует много моделей механизма возникновения терагерцового излучения в плазме оптического пробоя, однако ни одна из них до сих пор не является окончательно общепризнанной. По этой причине в лаборатории терагерцовой оптоэлектроники и спектроскопии на кафедре общей физики и волновых процессов была проведена серия экспериментов, имеющая целью определение доминирующего механизма образования когерентного импульсного субмиллиметрового излучения в плазме пробоя. Результатом такого исследования явился вывод о том, что характеристики рассматриваемого излучения определяются, в первую очередь, особенностями процесса ионизации молекул газа в «двухчастотном» лазерном поле (дело в том, что для создания плазмы используется смесь излучения основной частоты лазера и её второй гармоники). В частности, в результате действия такого специально приготовленного лазерного поля на молекулы газа в некотором объеме формируется «медленный» (по сравнению с длительностью периода оптического поля) макроскопический ток электронов, который и является источником терагерцового излучения в дальней зоне. Время эволюции этого тока и, следовательно, спектральная ширина генерируемого им терагерцового импульса фактически определяется длительностью импульса «двухчастотного» оптического поля. Этим и объясняется возможность получения широкополосного терагерцового излучения (со спектральной шириной вплоть до 1014 Гц при длительности лазерного импульса около 10 фс) без привлечения каких-либо дополнительных приспособлений — нужно лишь остро сфокусировать в воздухе или ином газе достаточно мощное импульсное лазерное излучение.

Регистрация столь широкополосного низкочастотного излучения представляет собой отдельную техническую задачу. Для её разрешения был освоен, применен и исследован недавно предложенный зарубежными коллегами метод когерентного детектирования, основанный на процедуре гетеродинирования терагерцового сигнала [1]. Этот метод основан на смешении импульса детектируемого поля с импульсом основной частоты лазера, что в результате нелинейного взаимодействия приводит к появлению поля на частоте второй гармоники лазерной системы, несущего информацию о детектируемом терагерцовом сигнале. Регистрируя поле второй гармоники стандартными оптическими методами можно получить информацию об амплитуде и фазе детектируемого терагерцового импульса, что автоматически делает возможным применение такой системы в качестве приемника в спектроскопической схеме в данном диапазоне частот. Реализованная схема приема, помимо всего прочего, позволяет определить величину поля детектируемого терагерцового сигнала, в силу принципиальных особенностей, лежащих в основе её функционирования.

Третьим результатом проделанной работы явилось создание импульсного терагерцового спектрометра, в котором в качестве источника поля субмиллиметровой длины волны используется плазма оптического пробоя, в качестве приемника — окружающий воздух, и применяется вышеуказанная схема регистрации. Рабочий диапазон спектрометра при этом определяется лишь длительностью оптического импульса, поджигающего плазму-источник, и в нашем случае располагается в пределах от 0.5 до 5 ТГц. Таким образом, с точки зрения спектроскопии, при использовании достаточно коротких по длительности импульсов оптического поля, удается охватить весь терагерцовый диапазон, который формально определяется как лежащий между частотами в 0.1 и 10 ТГц.

[1] Karpowicz N., Dai J., Zhang X.-C. Coherent heterodyne time-domain spectrometry covering the entire terahertz gap. //App Phys Lett., 2008, 92, 011131.

Рецензенты и члены жюри отметили большой объем и высокое качество выполненных дипломником работ. Желаем ему дальнейших успехов в научно-исследовательской работе!

Премия 2 степени и 12 000 рублей была присуждена студенту 5 курса кафедры физики частиц и космологии Миронову Сергею Андреевичу, дипломнику кафедры общей физики Шапкину Алексею Андреевичу и дипломнику кафедры общей физики Турчихину Семену Михайловичу.

Премия 3 степени и 8000 рублей была присуждена дипломникам Морозову Андрею Алексеевичу (кафедра квантовой статистики и теории поля), Ягремцеву Алексею Викторовичу (кафедра математики) и Войтовой Татьяне Андреевне (кафедра фотоники и физики микроволн).

Также жюри было принято решение объявить особую благодарность и наградить поощрительными призами Волошина Андрея Сергеевича (кафедра физики колебаний), Мамонова Евгения Александровича (кафедра квантовой электроники) и Майорову Марию Сергеевну (кафедра фотоники и физики микроволн).

В заключение хочу поблагодарить Марию Карзову и Илью Курицына за присланные материалы и фотографии, а также пожелать им и всем-всем студентам, закончившим в этом году физфак, успехов в научной работе, удачи в той деятельности, которую они изберут, и счастья в жизни.