Инсайды!! В этом посте - в буквальном смысле слова, покажу, как проходит день в у меня в лаборатории. Я работаю научным сотрудником в институте лазерной физики в Гамбурге, где мы занимаемся всякими веселыми экспериментами с лазерами квантовым светом. В этом посте я почти не буду рассказывать про физику - готовлю пост поподробнее про гравитационно-волновые детекторы и прочие веселые вещи.
А пока это пост-приглашение к АМА, можно сказать:)
Один день из жизни постдока
Мой день - ночной кошмар любого любителя распорядка дня. У меня 4 своих проекта, 3 подопечных аспиранта и еще 15, за которых я делю ответственность. Почти все из этих 20+ экспериментов друг с другом не связаны вообще никак. Системы управления персоналом? Нет, не слышали. Все приходится держать в голове. Так что прекрасные GTD техники, которым я учился, разбиваются об очередного просителя, которому нужна срочная помощь в лаборатории, так что приходится все бросить и идти.
В целом вещи, которыми я занимаюсь регулярно почти каждый день:
- телеконференции с коллегами из других мест. Это самое напряжное, т.к. бывают они и в 7 утра (сорян, дети, папа сегодня убегает на работу рано-рано), и в 12 ночи (сорян, жена, не до развлечений).
- чтение научных статей: чтобы оставаться в теме, в день приходится по часу тратить на чтение.
- педнагрузка: студенты сами себя не поучат.
- рецензии: работа рецензентом - самая неблагодарная часть научной деятельности. Раз в пару недель на рецензию приходят статьи из журналов. На их прочтение и написание ответа уходит порой не меньше полного рабочего дня (в сумме за несколько дней).
- написание статей и грантов: в недели перед подачей приходится работать непрерывно, иногда и по выходным.
Ну и конечно, надо руководить аспирантами и делать свои исследования. И самое главное - никто кроме меня это все не контролирует, так что тут полностью в свободном полете. Иногда я задумываюсь о том, что работа с распорядком и какой-то отчетностью не так уж и плоха. Но потом вспоминаю, что я же могу пойти сделать пиу-пиу лазером в разные стороны и заодно понаблюдать квантовые эффекты.
Идем в лабораторию
Мы у научной группе занимаемся квантовой оптикой в самом широком смысле: у нас есть и фундаментальные исследования основ квантовой механики, и технологии для детекторов гравитационных волн, и квантовая криптография.
Структура всех экспериментов примерно одинаковая: берем лазер, освобождаем луч от всяких пакостей, делаем его как можно лучше по разным параметрам, и светим им куда-то (в разных экспериментах по-разному). Свет, который выходит из этого "куда-та", измеряем (назову это сигналом, а такой луч - сигнальным). Чаще всего измеряем в интерферометре, где два сравниваются два луча: сигнальный и эталонный. Сигнальный несет в себе информацию, а потому отличается от эталонного. Это отличие можно измерить, чем мы и занимаемся.
Где же здесь квантовость? Мы используем нелинейные кристаллы, чтобы создавать квантовую запутанность между фотонами. Если на нелинейный кристалл посветить фотоном, он распадется на два фотона половинной энергии. Эти два фотона будут в запутанном состоянии. То есть, при их измерении мы можем наблюдать корреляции между ними, которые невозможно объяснить классически. Эти квантовые эффекты можно использовать на благо технологии. Я писал как-то на хабре про это.
Квантовые эффекты сильно подвержены всяческим шумам и прочей грязи в лаборатории. Поэтому у нас там чисто-чисто. И приходится носить прикид как на фотке выше. После прохождения нескольких зон разной степени "чистоты", попадаем собственно в лабораторию:
Здесь два оптических стола. На каждом - по лазеру. Лазеры у нас инфракрасные, глазу не видимые. Зато мощные: тонкий провод, попавший в луч, просто перегорает. А глаза для него - вообще мыльные пузыри. Так что самое строгое в лабе - защита глаз и всякого оборудования от излучения.
Для того, чтобы подготовить лазерный луч нужным образом, мы используем оптические резонаторы. В резонаторе несколько зеркал располагаются так, что луч лазера усиливается внутри. В итоге, например, если светит лучем мощности 1Вт, внутри запросто может быть 10кВт. Они очень полезны для подготовки луча. Но их настройка - это такая боль во всех частях тела (в прямом смысле слова)! 90% процентов времени в лабе уходит на настройку резонаторов.
Луч лазера нарисован. В центре - резонатор. Несколько зеркал и линз настраивают луч, чтобы он подходил для резонатора. Одно зеркальце иногда приходится подкручивать туда-сюда целый день, чтобы добиться нужной на стройки
Для создания квантового света, мы тоже используем резонаторы. В резонатор помещается нелинейный кристалл, в него запускается луч света, и он создает запутанный свет. Несмотря на то, что это сердце нашего эксперимента, выглядит это не особо секси:
Мы используем квантовый свет для изучения свойств взаимодействия лазера с материей. Светим лазером на маленький осциллятор (маятник), и по отраженному свету наблюдаем, как этот осциллятор себя ведет под действием света. Чтобы увидеть квантовое поведение этого осциллятора, его нужно охладить почти до абсолютного нуля. У нас для этого есть несколько криостатов. Например, такой:
Охлаждает эксперимент внутри до нескольких сотых градуса выше абсолютного нуля.
Я недавно писал статью с подробностями нашей работы на хабр.
Работать с такими осцилляторами довольно непросто: они совсем маленькие - толщиной всего 50 нанометров.
Почти всю электронику для экспериментов мы делаем сами. В типичном эксперименте у нас 5-7 активных цепей обратной связей, чтобы поддерживать частоту и фазу лазера одинаковой для всех резонаторов. Если 90% времени в лабе занимает настройка лазерного луча и резонаторов, то оставшееся - паяние. Все свое, аналоговое, теплое, ламповое, полное багов и коротких замыканий.
В общем, несмотря на красивые картинки в статьях, квантового в нашей работе не так много. Основаная часть работы - ковыряние электроники и кручение зеркал. Эксперименты длятся долго: 3-5 лет - норма для хорошей статьи. Средний аспирант печатает 1-2 статьи первого авторства за время своего аспирантства. Но само ощущение того, что мы исследуем не просто что-то уникальное, то, что никто никогда не делал, но и на самом острие науки - совершенно бесценно. Ради редких моментов, когда после долгих лет работы наконец на экране приборов виден результат, стоит продираться через будни с больной спиной и ногами от долгого стояния в неудобном положении. Наука - это странно и здорово!
Из интро:
а как по мне так очень даже ничего. Спасибо за статью 😀
С удовольствием заберу лишних аспирантов :)
😱 Комментарий удален его автором...
НАКОНЕЦ-ТО! Я ждала именно таких постов, дайте я вас расцелую. Зачем ещё клуб, если нету инсайдерских статей?
У НИХ ЕСТЬ ТРУБКИ С ЖИДКИМ ВАКУУМОМ!!!11
А когда персонал идёт в лабораторию, ленточки от бахил уже заправлены по всем правилам в обувь - или забывают-с?! 😋
А как происходит уборка? В таком же прикиде с ведром воды? Как часто? А кто этим занимается?
Почему-то стало интересно именно это :)
Офигенно!
А на что светите?
Кубитами пробуете управлять?
А это к вам по обмену ездят аспиранты из IPG Photonics?
Суперкрутая статья, спасибо, Михаил!
Расскажите пожалуйста, как обстоят дела с финансированием? Вот если что-то сломалось — как быстро покупается запчасть? А если вам нужны расходники или какой-то новый компонент — много ли бюрократии, чтобы обосновать нужду? Бывает ли, что в марте бюджет на год закончился и надо ждать следующего года, чтобы получить оборудование и продолжить эксперимент? Есть ли у лаборатории спонсоры или всё только за бюджет вуза?
Пиконка — вещь! =)
😱 Комментарий удален его автором...
А сколько у вас зарабатывают аспиранты, если не секрет? Предполагаю что TV-L E13? А полностью или только какой-то процент от этого (видел много вариантов)?
Очень круто!
Настройка зеркал напомнила игру, где нужен луч света из точки А в точку Б провести используя различные зеркала =)
Раз тут несколько раз спрашивали, расписал чуть подробнее, сколько стоит наука и сколько кому платят: тут.
Очень похоже на нашу лабораторию холодных атомов. Крутой пост!
Все хотел спросить: как современная наука объясняет парадоксы двухщелевого опыта (эксперимента)? Уже есть какая-то доминирующая точка зрения?
И вопрос, который мучает меня ужа давно: есть ли мгновенные взаимодействия (со скоростью, превышающей скорость света)? Это вопрос в контексте эксперимента с изменением спина частицы, когда изменение одного спина влечет мгновенное изменение спина другой частицы (причем вне зависимости от того, где находится другая частица).
Очень круто, но вот что меня всегда удивляло в таких экспериментальных системах - это что лазер идёт через воздух. Понятно - воздух чистый, но как-то есть ощущение, что все эти "квантовости" должны быть настолько тонкими, что хаотичный воздух на пути явно должен вызывать разрушительные для любых интересных эффектов.
Лайк за Фейнмана 😀 У меня почти такой же комплект:
