Как выбрать кафедру?

В идеальном случае, надо найти научного руководителя, а уж он подскажет, на какую кафедру идти.

Стоит иметь в виду, что в отличие от прочих отделений физического факультета, отделение ядерной физики устроено несколько иначе (ещё более иначе устроен ГАИШ, но он для студентов физического направления не доступен). Структура кафедр на физфаке включает в себя, помимо прочего, лаборатории с научными сотрудниками, научными темами и пр. Отделение ядерной физике же в структурах кафедр лабораторий не имеет. Вместо этого, вся научная деятельность студентов проходит в лабораториях отделов НИИЯФ и не только. У каждой кафедры есть основной отдел со всеми его лабораториями, а часто ещё и несколько лабораторий в других отделах, научные сотрудники которых ведут темы, близкие к тематике конкретной кафедры. При этом в одном отделе, в одной лаборатории могут вести работу студенты разных кафедр, научный сотрудник НИИЯФ может руководить студентами разных кафедр. Это, конечно не самый распространённый случай, но и уникальным не является.

Для кафедры физики космоса основным является отдел космических наук со всеми его лабораториями, а также некоторые лаборатории других отделов (лаборатория детекторных систем отдела экспериментальной физики высоких энергий и лаборатория физики наноструктур и радиационных эффектов отдела физики атомного ядра). Также можно найти руководителя и вне НИИЯФ (например, в ГАИШ) и вне МГУ (ИЯИ РАН, ФИАН, ИТЭФ РАН и пр.).

Как выбрать научного руководителя?

Точно также, как и кафедру, нужно выбрать интересующую тему, понять, кто из руководителей по этой теме работает, и дальше надо руководителя найти и его поспрашивать, сходится ли ваше понимание предложенной темы и точка зрения руководителя. Полезно взять тестовую задачу, чтобы понять, комфортно ли работать в режиме, который поддерживает руководитель. Кто-то из руководителей требует еженедельных (или чаще) встреч и отчётов о проделанной работе. Кто-то, наоборот, считает, что студент, требующий внимания чаще раза в неделю, не очень пригоден к работе, и не готов с такими работать. Обозначены, конечно, крайности, но степень автономности, загруженность научного руководителя прочей работой, наличие студентов курсов постарше или других научных сотрудников лаборатории готовых помогать и подсказывать – всё это сугубо индивидуально, есть где выбрать.

Как потом найти научного руководителя?

Гарантированный метод – поискать в глубинах коридоров и кабинетов НИИЯФ, но он существенно трудоёмок и времязатратен. К тому же не в любой момент каждый из сотрудников НИИЯФ находится на рабочем месте. Зато так можно найти каждого сотрудника, даже если тот не очень хочет встречаться со студентами (да, такое есть, не всем сотрудникам общение со студентами даётся легко, не у всех осталось желание руководить дипломниками).

Метод проще и надёжнее – писать им по тем контактам, что есть в списках курсовых кафедр, эти адреса традиционно дают сами сотрудники именно для связи со студентами. На каждой кафедре есть такие списки. Наш – в разделе «Курсовые работы».

Как выбрать тему?

Это очень сложный вопрос, на который нет простого ответа.
Можно идти от объекта, можно идти от метода. Оба подхода хороши. Первый предполагает поиск темы, вращающейся вокруг конкретного объекта, явления или процесса – взрыва сверхновой, термоядерного синтеза, экзопланет и пр. Второй подход – это поиск темы вокруг определённого вида деятельности без строгих ограничений на область, где эта деятельность будет – моделирование (не важно чего), нейросетевые решения, разработка и изготовление научной аппаратуры и т.п.

Виды деятельности, как их понимает средний сотрудник НИИЯФ.

С точки зрения научных сотрудников, а они в науке, в целом, давно, заниматься можно много чем, и это «много что», на самом деле, совсем уж строгим делением внутри себя не обладает. Разные виды деятельности могут плавно сменять друг друга внутри одной и той же задачи. Однако, в масштабах курсовой и дипломной работы всё не настолько сложно, т.к. поставленная задача будет не очень объёмной.

Проблема возникает в этом месте ровно одна: то, как понимают науку научные сотрудники, и то, как её представляют себе студенты 1-2 курса, и это, как говорится, две большие разницы.

Чтобы быть корректно понятым, и чтобы корректно понимать, что именно предлагают в качестве научной работы, вот примерное деление по видам деятельности.

Моделирование – данный вид деятельности предполагает расчётную работу, причём как с написанием своих программ, так и с использованием готовых (стандартных по области). И если программные пакеты готовые, то на чём они будут написаны, с тем придётся и работать (и будет это python или FORTRAN77, тут уж как не повезёт). Но в любом случае, для данного вида деятельности надо уметь и любить программировать.

Обработка данных – несмотря на довольно очевидные ожидания от данного вида деятельности у студентов, реальность оказывается существенно сложнее. Во-первых, обработка данных бывает несколько разного уровня. Не всегда это озвучивается, но обработка данных может быть как низкого уровня, так и высокого.

На низком уровне обработки данных речь идёт о работе с сырой выдачей прибора. Любой прибор выдаёт показания в виде строки чисел, которым ещё надо поставить в соответствие какие-то разумные физические величины. В переводе на язык аналогий с практикумом, это указание по какой шкале брались величины, где был ноль у этой шкалы, где в выдаче прибора реальные данные, где шум, где артефакты (вида «это не сверхновая взорвалась в далёкой-далёкой галактике, а грузовик по соседнему шоссе проехал» и «это не сигнал неизвестного радиоисточника в глубоком космосе, а открытие двери микроволновки на кухне под радиотелескопом»).

Обработка высокого уровня уже работает в предположении, что прибор измерил что-то реальное и сразу в понятных метрах, граммах, шутках фотонов. И такая обработка уже требует восстановления параметров самого явления. В тех же аналогиях с практикумом, эта задача уже про определение, например, жёсткости пружины маятника, если амплитуда и частота колебаний уже кем-то определена по показаниям соответствующей измерительной аппаратуры.

Также, обработка данных включает в себя не только и не столько сравнение, выборку и суммирование, но и классификацию, разбор форматов хранения данных, каталогов, библиотек для чтения этих каталогов и многое ещё из раздела вспомогательной активности. В целом же, как и в моделировании, в обработке данных придётся много программировать и разбираться в чужом плохо документированном коде, так что лучше не иметь аллергии на это.

В итоге, если в практикуме комфортно, если нравится этап обработки данных, нравится получить результат как можно точнее, если нравится, когда всё сходится, то этот вид деятельности именно то, что надо.

Экспериментальная работа – как много в этом звуке… На самом деле, это очень широкое понятие, которое (в зависимости от лаборатории и задачи) может включать в себя почти исключительно обработку данных (любого уровня), так и непосредственные измерения (почти как в практикуме, хотя и не линейкой). Сюда может входить вспомогательная работа по калибровке и проверке приборов на эталонах, работа по сборке аппаратуры, написанию ПО для сбора и хранения данных и многое другое. Основное, что отличает это от теоретической работы – всё строится вокруг данных какого-то эксперимента или установки, которые, если и нельзя пощупать вживую (не всегда это безопасно или вообще возможно, спутники как-то не получается обратно ловить и щупать), то хотя бы на них можно посмотреть, пусть и на не очень свежей фотографии. Да, эксперимент направлен на изучение какого-либо явления, но в экспериментальной работе между вами и явлением всегда будет стоять прибор.

Теоретическая работа – а вот в случае теоретической работы при изучении или описании явления прибор, строго говоря, не предполагается. Здесь строятся модели явления и процессов в терминах материальных точек, зависимостей и аналогий, предположений о том, как оно выглядит или на что может быть похоже (можно ли приблизить и посчитать объект сферой или придётся учитывать эллиптичность, работает ли предположение о средних значениях или вариации важны, и подобное). Теоретической работой, также, часто называют моделирование, если оно, моделирование, не включается в себя симуляцию реакции прибора или его показаний на какое-то воздействие (тогда оно часто уходит в экспериментальную работу).

Разработка аппаратуры – стоит несколько отдельно, есть далеко не в любой лаборатории. И тут, о чудо, ожидания у студентов совпадают с реальностью (с некоторыми оговорками). Речь в этом виде деятельности идёт именно о разработке приборов, которыми требуется с какой-то точностью измерить то или иное явление. Граничными условиями могут выступать ограничения по размерам, энергопотреблению, массе, элементной базе и пр. Для данного вида работы, по большому счёту, требуется любить копаться в аппаратуре, работать непосредственно руками, и много-много читать техническую литературу. Отличием этого вида деятельности от экспериментальной работы является, разве только отсутствие требования хорошо разбираться в том явлении, какое в итоге будет изучаться. Важно знать, в каких диапазонах прибор должен работать, а вот что именно порождает указанный диапазон, уже значения и не имеет. Как пример, для детекторов частиц важно какие энергии и потоки надо регистрировать, но не важно, откуда летят, от ускорителя или из космоса.

А что делать, если всё кажется сверхспецифичным и не хочется себя сразу ограничивать?

Темы курсовых работ и тем более описание работы потенциальных руководителей для студента младших курсов часто выглядят очень узкими и специфичными. Даже если название лаборатории или научной группы будет довольно широким, всё равно итоговая работа для студента будет выглядеть как что-то, где не развернёшься даже в курсовой. И это нормально. Большого понимания масштаба проблем и задач современной физики у студентов младших курсов нет, не откуда взяться. Мало где им прямо говорят на лекциях «а этого пока никто не знает», «это неизвестно» и подобные фразы. Физика – наука довольно развитая, и курсы общей физики, по сути, посвящены описанию явлений, уже известных и изученных, с целью продолжить школьный курс и подготовить почву для последующего чтения теоретических основ, когда будет освоен достаточно развитый для этого математический аппарат. Студентам преподаются «Механика» и «Теоретическая механика», «Электричество и магнетизм» и «Электродинамика», «Молекулярная физика» и «Термодинамика и статистическая физика», и т.д. Все эти разделы были развиты ещё до начала (или в самом начале) прошлого века. Современная наука ушла далеко вперёд, но в объём общих курсов это уже никак не помещается. Первое место, где есть шанс услышать «тут пока не всё совсем ясно» — последние лекции курса физики атомного ядра и физики частиц, как науки, которой заметно меньше 100 лет, но и тут это лишь упоминание.

Поэтому, если тему формулирует научный руководитель, не очень часто контактирующий со студентами, то он может не осознавать, что его не очень понимают. Те руководители, которые так или иначе читают лекции или спецкурсы, формулируют темы более общим образом для студентов. Хотя для их коллег темы будут звучать дико.

Тема курсовой работы «Сверхновые», привлекательная для уха и глаза студента, будет ничем не лучше темы «Механика» или «Физика» (вся, вообще вся) для научных сотрудников. Тема необъятна и велика, может включать в себя статистическое исследования каталогов по классам, расположению, характеристикам окружения и параметрам родительских галактик (и каждое такое исследование имеет строгую длинную формулировку и тянет на кандидатскую диссертацию, если сделана хорошо). А может быть эта тема строится вокруг анализа эволюции и истории конкретного остатка сверхновой, выяснения его возраста, положения, прочих параметров (это неочевидно, но астрономическая точность — это когда высокой точностью считается ошибка не более чем на порядок, настолько сложной является эта задача). А может быть, речь идёт о моделировании или теоретическом описании процесса коллапса звезды, процесса образования остатка, причин, по которым оно идёт так, а не иначе. И всё это будет спрятано от студента за одним словом, а подразумеваться будет длинная частная формулировка. И это нормально.

Поэтому не надо пугаться кажущимся узкими формулировок, они всего лишь честные. И в рамках работы над такой узкой задачей по необходимости будет изучен весь раздел. Для тех же сверхновых придётся изучить динамику и эволюцию звёзд, процессы горения и образования элементов в термоядерном синтезе, ведь именно высвечивание этих элементов даёт нам информацию о происходящем, необходимо будет понимать, что окружает сверхновые и что расположено между ними и Землёй (излучению надо до нас ещё дойти надо), и многое другое. В ходе работы всегда есть куда свернуть, где расширить, что ещё узнать и что уточнить.

Автор этого текста начинал свою курсовую работу и диплом со сравнения чужих экспериментальных данных (полученных даже не файлом, а набранными на печатной машинке колонками текста, пришедшими обычным бумажным письмом) с чужими расчётными распределениями в рамках абстрактной гипотезы. Да, кое-что из программирования пришлось вспомнить. А вот дальше уже случилось и собственное моделирование процессов, теоретические работы по свойствам ливней частиц, и переход к новому эксперименту, анализ данных в нём, всё более глубокий, изучение экспериментальных методик и работы по проектированию постановки эксперимента, моделированию работы электроники и далее. Пройден путь от теоретической работы к моделированию, от него к анализу данных всех уровней, к постановке эксперимента.

Поэтому, главное начать, выбрать, так сказать, свою точку входа в интересующую область науки. Опыт старших поколений показывает, что области занятий и знаний сотрудников феноменально обширны, а смена рода деятельности скорее правило, чем исключение. Заведующий кафедрой физики космоса занимается как задачами по космофизике (и разработкой аппаратуры для радиационного мониторинга на орбите, изучением радиационных поясов Земли и её магнитосферы), так и задачами по астрофизике (космические гамма-всплески и прочая высокоэнергетическая активность). Главное – начать, а дальше будет уже интересно в любом случае.