Физик-ядерщик — об адронном коллайдере в Германии и роли программирования в жизни ученого
Максим Бородин — Java-разработчик, живет и работает в Германии. По образованию Максим — физик-ядерщик, с 2006 по 2009 год он занимался научными исследованиями на адронном коллайдере.
В интервью для DOU Максим рассказал об экспериментальной науке, ускорительном центре DESY в Гамбурге, а также о роли программирования в жизни ученого.
— Максим, вы много занимались и экспериментальной физикой, и программированием. Кем вы себя считаете — программистом или физиком?
Сейчас я больше программист, конечно. Увлекся и физикой, и программированием еще в школе — у меня были отличные учителя по этим предметам. Думал поступать на IT-факультет в КПИ, но всё же выбрал ядерную физику в КНУ им. Шевченко.
О своем выборе не жалею: на физфаке нас научили думать, анализировать проблему, подходить к решению с разных сторон, не бояться браться за задачи, которые еще никто не исследовал прежде.
— Есть ли в Украине работа после физфака? Куда можно трудоустроиться?
Все зависит от того, каким направлением физики вы занимаетесь. У нас на ядерной физике было 2 направления — энергетики и экспериментаторы. Энергетики в основном идут в компании и организации, связанные с атомными электростанциями, ядерной безопасностью. Экспериментаторы — в Институт ядерных исследований или куда-нибудь за пределы Украины. Я выбрал последний вариант.
— Как вы попали в Германию? Уехали во время учебы или уже по окончании университета?
Во время учебы. В конце 3 курса к нам приехал выпускник нашей кафедры, профессор Аушев. Он пригласил всех желающих поучаствовать в настоящем эксперименте по физике высоких энергий. Меня и нескольких моих одногруппников заинтересовала эта возможность. Мы исследовали данные со старого эксперимента, который практически себя отжил — эти данные уже были вдоль и поперек изучены. Это позволяло нам сверяться с «правильными» ответами, выявлять и не повторять собственные ошибки.
Мы прошли у профессора Аушева летнюю практику, а спустя месяц он пригласил меня принять участие в новых экспериментах на адронном коллайдере в Германии. Проект назывался Zeus. В команду искали студента-физика, который умеет программировать. Навыки программирования у меня были: я еще в школе учил С++. В университете участвовал в проекте, связанном с Международным центром ядерной безопасности. Там занимался разработкой ПО для вихретоковой дефектоскопии, в частности для атомных электростанций.
Я отправил резюме, прошел собеседование со своим будущим начальником, и в середине ноября я уже уехал в Германию — в научно-исследовательский центр DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron).
— Уехав в Германию, вы не успели окончить университет. Как удавалось совмещать учебу с работой в другой стране?
Вскоре после того, как я и несколько моих одногруппников приехали на коллайдер, наш университет Шевченко официально стал членом коллаборации Zeus, получил соответствующие права и обязанности. В том числе право отправлять сюда студентов и профессоров.
В КНУ я приезжал дважды в год на сессию. Преподаватели шли навстречу, понимая, что я уехал не гулять и пиво пить, а как представитель вуза, который показывает уровень подготовки университета на международной арене. Так что иногда они делали скидку, давали поблажки.
— Расскажите подробнее о DESY. Как там все устроено?
DESY — это крупный ускорительный центр. Основные ускорители стоят в Гамбурге. Скажем так, каскад ускорителей. Прежде чем частицы попадают в основное кольцо, Hera, они проходят через несколько различных предускорителей, которые их разгоняют до определенной энергии. Длина Hera — 6,3 км. Для сравнения, длина главного кольца Большого адронного коллайдера (БАК) в CERN — 26,6 км.
Hera тогда была единственным электронно-адронным коллайдером в мире. На ней можно было получить уникальные результаты только за счет физики, которая происходила при столкновении частиц.
У каждой машины есть цель, ради которой ее строят, а также разные побочные исследования, которые возникают в смежных областях. К примеру, главная цель БАК — нахождение бозона Хиггса, главная цель Hera — нахождение структурной функции протона. Дополнительные задачи — изучение упругого и неупругого рассеивания электронов и позитронов на протонах, проверка существующих теорий.
Hera — это большой-большой микроскоп, который позволяет увидеть, как протон выглядит внутри, в каких соотношениях друг с другом находятся кварки. В отличие от обычного микроскопа, мы видим не картинку, а поток цифр, график.
На фоне детектора Zeus в день закрытия ускорителя в DESY
— А чем именно занимались вы? Что исследовали?
Я исследовал неупругое фоторождение Upsilon-1s мезонов. Занимался проверкой существующей теории из нерелятивистской квантовой хромодинамики, которая описывает сечение рождения заданных частиц в различных процессах. Измеряли экспериментальные значения и с точностью до погрешности сверяли их с теоретическими.
Кроме этого, мы находили много разных интересных вещей на нашем детекторе. Например, когда, рассматривая какой-то димюонный канал, мы зафиксировали пик в районе 6 GeV, даже начали думать, что, наверное, нашли новую частицу :) Подготовили, опубликовали заметку. Но, к сожалению, кроме нас в этой области никто ничего не фиксировал, поэтому непонятно, было ли там что-то действительно или же это «глюк» реконструкции или железа.
— Какие технологии использовали в исследованиях?
Главный язык — это С++. Многие коллеги старшего возраста использовали Fortran, потому что он им привычнее и удобнее. Исходя из языковых предпочтений, использовался один из двух фреймворков: PAW или ROOT. PAW — это очень старый фреймворк для физики высоких энергий, написанный на Fortran и имеющий похожий на него скриптовый язык. ROOT — более новый фреймворк, написан на С++. Его создал тот же разработчик, который написал PAW. Даже ходила шутка, что первая версия ROOT была получена с помощью программки f2c, которая конвертирует Fortran в С :)
Оба фреймворка предоставляют очень много инструментов для анализа, различных вычислений, построения графиков. Другими словами, это все, что надо человеку, чтобы посмотреть результаты эксперимента и красиво представить свое исследование.
Еще одна основная технология была Grid — это нечто промежуточное между старым понятием стандартного вычислительного кластера и современным понятием облака. По сути, это кластер, распределенный по всей планете. С помощью специальной прослойки он предоставляет свой ресурс так называемой виртуальной организации. Мы использовали это для обработки наших данных и вычислений.
Добавлю, что в физике без программирования делать нечего. 90 % времени физик пишет программы, так как на бумажке справиться с объемами данных и сложными вычислениями не получится. Например, эксперименты в CERN генерируют по 4 гигабайта данных в секунду. Оставшиеся 10 % времени — это подготовка разных презентаций, докладов для конференций.
— Насколько большая команда работала над экспериментами? Сколько украинцев?
Суммарно — около 500 человек, но многие уезжали и приезжали. Онсайт работало
Из Украины вначале были только профессор Аушев, я и мои одногруппники Миша и Аня. Под конец нас стал больше — около 10 человек. Все с нашей кафедры. Насколько я знаю, уже после моего ухода приезжали студенты из Киево-Могилянской академии.
— Если говорить об Украине, что сейчас происходит с отечественной наукой?
У нас действительно существует большая проблема с финансированием науки. Эта отрасль все еще жива за счет энтузиазма отдельных ученых, которые находят гранты за границей и продолжают в Украине свои разработки.
Крупных исследовательских центров в Украине нет, и вряд ли они могут появиться. Проблема в том, что экспериментальная физика, и в частности ядерная физика, в своем развитии зашла так далеко, что для экспериментов нужна сложная и дорогая техника. Настолько дорогая, что на сегодняшний день не существует такой страны, которая в одиночку может позволить себе построить какую-нибудь машину, провести эксперименты. Даже Америка, лучшая экономика в мире, такое не потянет. Будущее за международными коллаборациями.
Но нам есть чем похвастаться. К примеру, ученые из отдела физики высоких энергий Института ядерных исследований разработали новые детекторы, которые использовались, в частности, при постройке экспериментов для Большого адронного коллайдера. То есть качество продукта и технологий соответствует мировым стандартам. Но делалось это все вначале в прямом смысле слова «на коленке».
Ускорители на территории DESY (image source)
— Чем вы занялись, когда закончился контракт с DESY?
Когда закончился контракт, я решил, что хочу поступить в аспирантуру и немного поменять направление. До этого я занимался физикой высоких энергий, а теперь захотел перейти на ускорительную физику.
Этим направлением меня заинтересовал товарищ-армянин, с которым мы подружились на DESY. Ускорительная физика — это, можно сказать, фишка армян :) Во всех ускорительных центрах основа группы — это представители Армении. У них эта отрасль очень хорошо развита.
Но с аспирантурой не сложилась: по семейным причинам мне пришлось вернуться в Украину и по-быстрому найти работу в Киеве. Так я попал Samsung, где проработал 4 года.
— На какую должность пришли в Samsung?
Начал с позиции Middle-разработчика, через год стал Senior. C физикой эта работа связана не была, но интересно, что большинство тогдашних сотрудников нашего отдела были физиками и математиками.
Про проект, к сожалению, рассказать не могу. Он касался мобильных технологий.
— Легко удалось освоить новый для себя стек технологий?
Я считаю, что это один из плюсов образования физика — нас научили очень быстро осваивать новое. Если это новый язык программирования, достаточно понять семантику и начать практику. С каждым днем будет получаться все лучше и лучше, и за месяц можно выучить любой язык на достаточно хорошем уровне, за исключением каких-то экзотических тонкостей.
— Что было после Samsung?
Я получил предложение о работе в IT-компании в Швеции, но мне там не понравилось. В первую очередь, не понравился заказчик, для работы с которым я был нанят. К тому же, Стокгольм — слишком шумный для меня город. Там живет треть всей Швеции, притом, что Швеция — это
Спустя 7 месяцев я решил вернуться в Германию. Нашел себе работу и переехал. Пришел на позицию Java Developer в компанию Silbury Deutschland GmbH.
Сейчас я живу в городе Фюрт, это пригород Нюрнберга. На метро от центрального ж/д вокзала Фюрта до центрального ж/д вокзала Нюрнберга 20 минут, на поезде — 8.
— Что можете рассказать об IT-индустрии в Германии?
Для Германии на сегодняшний день квалифицированные IT-специалисты — это больная тема. Их очень мало. Также не хватает врачей, инженеров и ученых. Местные жители не видят смысл идти учиться в университет, тратить 5 лет жизни, если можно за год-другой научиться крутить гайки и получать зарплату, которой достаточно, чтобы покрыть все базовые потребности.
Проблема с нехваткой квалифицированных специалистов — это одна из причин, почему немцы реализовали европейский концепт синей карты таким образом, чтобы всеми силами удержать вас в стране.
— Чем вам нравится жизнь в Германии?
Немцы мне близки по менталитету. Мне комфортно жить в обстановке, когда я знаю: чтобы быть на работе в 9:00, я должен проснуться в 8:09 минут, потому что даже расписание движения транспорта просчитано с точностью до минуты. Нравится стабильность.
Германия — это страна, в которой ты можешь сконцентрироваться на том, что ты хочешь получить от жизни, а государство предоставляет все необходимые для этого инструменты.
— Какие у вас планы на будущее? В какой области планируете развиваться?
Меня всегда интересовали облака и распределенные вычисления, так что планирую уделять больше времени этим областям.
Замечал, что когда начинаю интересоваться какой-то технологией для себя, то потом — раз — и на работе появляется соответствующий проект. Начал интересоваться микросервисами, и как раз пришла задача разработать платформу для контейнеризации. И коллеги мне сразу же: «О, ты что-то ляпнул про докер, ну давай, вперед».
— А за наукой не скучаете?
На самом деле я очень скучал, достаточно часто ездил в отпуск в Гамбург. До недавнего времени там работал мой хороший друг. В DESY привыкли доверять людям: для того чтобы попасть на территорию, надо охраннику помахать рукой и сказать: «Здрасьте». И приходишь весь воодушевленный — вот, высокая наука. Но после кофе с другом думаешь: «Нет, я больше никогда не вернусь в науку, ни за какие деньги».
После работы в Samsung и других IT-компаниях у меня сформировалось понимание стандартов разработки, выполнения задач. И когда я слышу от друга, как к этому подходят в науке... Отношение примерно такое: «Мы на этой неделе никакого конкретного результата не получили, ну и ладно, это тоже результат». Но надо отдать должное, что в науке это нормально: ученый обычно ищет черную кошку в темной комнате, и не факт, что она там есть. Наука — это творческий процесс и, как и в творчестве, случаются застои.
Также угнетает отношение некоторых ученых к программированию: «Это всего лишь написать программу, это любой дурак сделает за пару часов, а вот физика — это да, тут надо думать». Но в бизнесе такую программу пишет команда разработчиков из 10 человек в течение года, а тут один человек копается, пытается что-то сделать, и это затягивается надолго.
Скажем так, если бы во некоторые вспомогательные области, например написание научного софта, принести больше бизнес-подхода, ориентированности на достижение цели в установленные строки, а не когда получится, то наука была бы гораздо эффективнее. Сложность в том, что такой подход может убить науку: это все равно, что заставить художника спланировать картину и нарисовать ее в заданный срок.
