Александра Пыряева умеет собирать лазеры, считает, что до 8 класса детей можно научить всему, и рассказывает о синглетном состоянии кислорода, пользе бросания монетки и о том, каково быть девушкой-физиком.

Где училась: кафедра химической и биологической физики физфака НГУ (2011), аспирантура Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, стажировка в Голландии (2010 год).

Что изучает: фотохимия кислорода.

В 4 года на вопрос моего папы физика «Что такое синхрофазотрон?» я радостно отвечала: «Синхрофазотрон — это ускоритель заряженных частиц», чем, конечно, очень веселила всех родительских друзей, которые приходили к нам в гости. Что такое синхрофазотрон, я, конечно, не понимала, и когда папа принес домой осциллограф, я была уверена, что это синхрофазотрон и есть.

При этом до 9 класса я училась в школе с углубленным изучением французского языка. Но в своей школе мне надоело, мне хотелось чего-то нового. К тому же с 7 класса у нас не было постоянного учителя физики, и физику мы совершенно не знали. Тогда инициативные родители для 10 человек из нашего класса собрали спецкурс по физике и математике, который вели студенты и выпускники мехмата и физфака НГУ. И многие из этих 10 человек, среди которых, конечно, была и я, решили поступить (и поступили) в физматшколу СУНЦ НГУ.

В результате в 11 классе вместо планов стать переводчиком я колебалась между физикой и биологией, а поступила и на биофак, и на физфак. У меня оставалось всего несколько часов до подачи документов, и я, не зная какой факультет выбрать, решила послушаться совета своего учителя физики — бросить монетку. Я бросила монетку 10 раз, 5 раз выпала биология, пять — физика. Я бросила монетку в последний раз — мне выпала биология, и в тот же момент в голове пронеслось: «Ну уж нет —физика!», и я отнесла документы на физфак. С тех пор всем такой метод очень рекомендую.

На следующем этапе я выбирала между химической и биологической физикой, потому что мне хотелось заниматься исследованиями на стыке наук. В тот момент я еще и участвовала в сборке лазеров (делала несколько курсовых в лаборатории института лазерной физики) и думала, не пойти ли на кафедру оптики. Но я все равно пошла на химфизику, сейчас я инженер в своей лаборатории и преподаю в НГУ на первом курсе физфака.

Если в двух словах описать то, чем я занимаюсь, то это фотохимия кислорода. А если объяснить еще проще, то я исследую то, как свет воздействует на молекулы кислорода.

Тут нужно начать издалека. Мы дышим воздухом, и это разные молекулы, а не только кислород. На 70% воздух состоит из азота N2, и только на втором месте — кислород О2. Молекулы кислорода крайне важны в природе и для человека, в частности. Кислород связан с процессом дыхания, он связывается кровью и разносится по всему организму. Из-за недостатка кислорода человек погибает, от избытка, кстати, тоже.

Я изучаю то, как на молекулы кислорода воздействует свет. В частности, я работаю с ультрафиолетом, волнами очень короткой длины, то есть я смотрю, как ультрафиолет воздействует на молекулы кислорода, когда они в газовой фазе.

В природе атмосфера постоянно подвергается солнечному излучению. В лаборатории же мы работаем с лазерами, вернее с ультрафиолетовым лазерным излучением. Это направленное и нерасходящееся излучение четко заданной длины волны. А если использовать освещение лампы, то будет очень трудно узнать, в какой точке что происходит, так как лампа светит широко, а молекулы, как вы понимаете, маленькие.

Волной определенной длины мы светим на кислород и смотрим, что с ним происходит. Что именно мы смотрим? Новые процессы. Именно таким образом несколько лет назад в нашей лаборатории был открыт новый процесс — образование синглетного кислорода.

Молекулы, как и человек, могут находиться в разном состоянии. Человек может быть спокойным, но если его разозлить, то он возбудится. Точно так же и молекула — если на нее посветить лазером, то она становится возбужденной. Как разные люди по-разному реагируют на раздражение и срываются на разных этапах, так и у разных молекул есть разные планки, перейдя которые они возбуждаются. В зависимости от длины волны, можно либо достать, либо не достать до планки той или иной молекулы. Но у ультрафиолетового излучения довольно большая энергия, и он достает до планок многих молекул.

Молекулы кислорода особенные. Если одну молекулу кислорода поместить изолированно в вакуум, то каким бы светом мы на нее не светили, она будет оставаться спокойной и никуда не перейдет. Но если рядом с молекулой кислорода, будет много других молекул, то в ультрафиолете молекула кислорода будет возбуждаться и переходить в синглетное состояние. Влияние «соседей» на возбуждаемость — это очень интересный феномен.

Теперь про синглетное состояние. Атом состоит из ядра, вокруг него вращаются электроны. Особую роль в атоме или молекуле играют электроны на внешней оболочке или внешнем уровне. У молекулы кислорода таких электрона два. Если оба электрона вращаются в одну сторону, это называется триплетом, а если в разные, то — синглетом. Переходить из одного состояния в другое они не могут — это запрещено природой. Но если подмешать к триплету другое состояние, то у нас получается запустить запрещенный процесс. Молекула кислорода, в основном состоянии, триплетна, но если посветить на нее ультрафиолетом, а рядом есть соседи, то она становится синглетной. Вот такой «обман» природных запретов.

В синглетной форме кислород образуется и в природе, участвуя в образовании, например, в природных аэрозолей — такой дымке, которая висит над лесами; и в нас самих, участвуя в развитии различных заболеваний. Мы открыли новый, неизвестный ранее процесс образования синглетного кислорода и теперь изучаем его. Наше исследование интересно для фундаментальной науки. Теперь открытый нами процесс нужно будет учитывать в исследованиях химии атмосферы, вероятно, он сможет объяснить то, что было необъяснимо раньше.

Молекулы синглетного кислорода важны и в практических приложениях. Их используют при лечении рака, в фотодинамической терапии. Человеку, у которого есть опухоль, вводят определенное вещество — фотосенсибилизатор. Фотосенсибилизатор имеет свойство накапливаться, в основном, в клетках опухоли, а по остальному организму оно не сильно распространяется.

Кроме того, это вещество обладает таким свойством: если завести луч в эту опухоль и посветить, это вещество возбуждается, приобретает энергию, и при столкновении с кислородом оно эту энергию передает. Тогда уже кислород возбуждается до синглетного состояния и начинает «есть» опухоль изнутри. Минус такого лечения в том, что эти молекулы фотосенсибилизатора все-таки накапливаются не только в опухоли, вызывая фототоксичность всего тела, и человек, принявший его не должен появляться на свете в течение нескольких недель, иначе могут появиться ожоги. Кроме того, подобрать и синтезировать фотосенсибилизатор достаточно трудно.

В процессе, который мы открыли, не нужны никакие специальные сложные молекулы, все что нужно уже есть рядом — любая молекула сосед. И для образования синглетного кислорода нужно только посветить на них. Нужно только правильно подобрать длину волны.

Этот метод хорош тем, что не нужно ничего человеку дополнительно вводить, он быстрый и безопасный, но до практического применения, конечно, еще далеко, наш процесс еще нужно дополнительно изучать и проверять.

Я выросла в Академгородке и безумно рада этому. В моем детстве здесь было гораздо больше пешеходных улиц и почти не было машин, и можно было везде гулять и бегать. На зиму одну из крупных улиц перекрывали, ставили две горки в полтора этажа. Хотя и сейчас Академ развивается. Много моих знакомых, которые уезжали за рубеж предпочитают вернуться сюда.

Когда я шла на физфак, мне было страшновато от того, что на факультете из 200 человек, будет только 20 девушек. Хотя в результате мне понравилось учиться на этом факультете. У меня таких проблем не было, но некоторые однокурсницы жаловались, что преподаватели им говорили, что девочка не может быть физиком, ну и шутку про женщину-физика как морскую свинку никто не отменял. Но уже на 3 м курсе половина моей группы состояла из девушек.

Правда, когда я к своему будущему руководителю (он у нас вел химическую кинетику) попросилась на диплом, он мне сказал, что ему нужен парень — чтобы баллоны смог таскать. Я ужасно расстроилась, но через какое-то время он нашел для меня новую задачу.

Проект «Наука детям» — это научно-популярный волонтерский студенческий проект. Его придумали потанинские стипендиаты, среди которых была и я, в 2008 году. После получения стипендии было крайне желательно придумать социальный проект. Мы решили, что популяризировать науку — это как раз то, что мы хотим. Мы хотели развеять стереотипы, что ученые — сумасшедшие, а наука не выгодна и бесперспективна. Плюс хотелось дополнительно помочь школьникам в выборе специальности. Обычно они выбирают то, что популярно, например, юриспруденцию и экономику, или идут туда, куда отправляют родители. В любом случае, порой это не их выбор.

Грант на проект в 2008 году мы не выиграли, и решили начать без денег. А спустя год в 2009 году командой из очередной двадцатки потанинских стипендиатов мы выиграли свой первый грант. Изначально мы проводили только интерактивные лекции. Сейчас проект расширяется. Помимо классических лекций, мы устраиваем и полевые лагеря, и разбор олимпиадных задач. Уже пару лет наши ребята ездят в школу космонавтики в Железногорск и проводят там интенсив «Дни науки». Люди из нашей команды участвуют в летней школе Русского репортера по естественнонаучному направлению. Иногда мы проводим экскурсии в институты, помогаем с проведением научно-популярных мероприятий. Например, к нам в город приезжала интерактивная выставка «Ощути математику», организованная институтом Гете, и наши математики читали там цикл лекций. В прошлом году мы стали работать с детскими домами, и там в первую очередь важны не лекции, а общение с детьми. Мы хотим рассказать им, что они могут поступить в нормальный вуз, и вообще полноценно жить и развиваться. Сейчас проект существует на базе фонда выпускников НГУ «Эндаумент НГУ», а главный наш партнер — центр по работе с одаренными детьми «ДИО-ГЕН».

Если вернуться к лекциям, то мы приезжаем в школу и проводим занятие на тему, которую либо просит школа, либо мы выберем сами. Работаем с 1 по 11 класс: малышей мы хотим просто заинтересовать научными идеями, старшеклассникам — рассказать, где можно дальше учиться и работать, как и куда можно поступить учиться после школы, и какие там есть перспективы, а средним классам показать, что сейчас исследуется и как устроена наука.

Многие предметы в школе, в том числе и физика — это обычно решение задачи у доски с «дано» и «решить» или «доказать». Бывают, конечно, правда не во всех школах, еще и несложные лабораторные работы, как например, с амперметром и батарейкой. А многие уроки математики просто состоят из бесконечных примеров. Почти ничего привязанного к жизни в школьной физике и математике нет, хотя конечно, это зависит от преподавателей.

Мы же показываем, какие явления наблюдаются в природе, какие открытия совершены недавно и почему, например, айфоны — это тоже физика. Биологи привозят на лекции животных. С нами ездили и мыши, и рептилии. Дети особенно любили мадагаскарского таракана Гришу. Геофизики и геологи приносят оборудование, чтобы померить радиационный фон земли, и различные минералы, рассказывая как и где их находили на полевых работах. Математики показывают, как сделать ленту Мебиуса и устраивают игры по теории вероятности. Один мой коллега всегда проводит лекции на основе того, что увидел или нашел по дороге из дома до школы. Однажды на примере семян клена, он объяснял школьникам аэродинамику и рассказывал принципы, на которых строятся вертолеты.

Изначально мы сами искали школы, и это было довольно тяжело. Нас воспринимали как каких-то непонятных студентов, которых незачем пускать в школу. Работала пошла с учителями, у которых учились мы сами. А дальше «сарафанным радио» о нас узнали, и стали писать и звонить с приглашениями уже нам. Было очень трогательно, когда однажды нам позвонили из школы и сказали, что младшие классы были возмущены тем, что лекции были только у старшеклассников. И пришлось придумывать, как сделать занятие по физике для детей от предшколы до 3 класса. У меня был шок, когда я их увидела и поняла, что мне нужно будет рассказывать физику малышам. Детей привели на этаж, где учатся старшие классы, и предшкольники не доставали ногами до пола. Младшая школа, как оказалось, самая благодарная аудитория. Они потрясающе любопытны, часто понимают опыты лучше, чем старшеклассники, и задают вопросы, на которые мы, порой, не можем найти простого ответа.

Если ребенка заинтересовать, то он в любом возрасте сможет понять довольно сложные вещи. Как-то после лекции ко мне подошла пятиклассница и спросила, почему нанотрубочки являются трубочками. Дальше она самостоятельно и с использованием всех терминов объяснила мне весь процесс травления — получения углеродной пластинки. Надо сказать, что я это учила на 4-м курсе. Выяснилось, что ей из всего этого замысловатого процесса непонятно только одно — как пластинка сворачивается в трубочку. Я в ходе разговора с ней привела простую аналогию, что все происходит так же как и с листом бумаги: если его свернуть, а потом развернуть, он все равно будет сворачиваться обратно. После чего девочка сказала, что теперь ей все понятно, и ушла.

В общем, класса до 8 дети потрясающе любопытны, и если успеть вмешаться до этого момента, то их можно с легкостью научить чему угодно.

Книги, которые рекомендует Александра: