Научное программное обеспечение

Магистерская программа

Магистерская программа МФТИ "Разработка и применение программного обеспечения в физических исследованиях" создана на базе лаборатории методов ядерно-физических экспериментов (ЛМЯФЭ) при поддержке двух школ МФТИ: Физтех-школы физики и исследований им. Ландау (ЛФИ) и Физтех-школы прикладной математики и информатики (ФПМИ) и ряда академических и промышленных партнеров. В ее основе лежит взаимодействие студента и научного руководителя.

Цель создания программы — объединение усилий физиков и программистов для разработки лучших компьютерных решений и применения этих решений в области фундаментальной и прикладной физики и инженерии.

Существенная часть работы физика и/или инженера так или иначе связана с компьютером. Компьютеры и программы используются на всех этапах экспериментального или теоретического исследования. Любой работе предшествует компьютерное моделирование, затем требуется автоматизация сбора и хранения данных, анализ данных и, наконец, представление результатов. На всех этих этапах нужны компьютеры и программное обеспечение. Качество программного обеспечения — ключевой фактор в исследованиях и разработках.

Современная разработка программного обеспечения — это отдельная инженерная дисциплина, требующая опыта и погружения в технологию и соответствующие профессиональные сообщества. Несмотря на то, что современное программирование зародилось в физических исследованиях, с тех пор прошло много времени, и физики в среднем уже не могут похвастаться хорошими знаниями в этой области. Качество программного обеспечения в физике низкое. Те же проблемы свойственны инженерной индустрии.

Зачем для этого нужны физики?

Прошлые попытки поручить разработку программного обеспечения профессиональным программистам не увенчались успехом. Чтобы сформулировать задачу, программисту надо знать современные компьютерные технологии и понимать, как их лучше применить. Но без погружения в предметную область программисты тоже не могут понять, что нужно делать и как это лучше сделать.

Зачем все это программистам?

Во-первых, это просто интересно. Задачи, возникающие на стыке физики и программирования, на порядки интереснее того, что ожидает инженера-программиста в повседневной рабочей жизни. Во-вторых, это хороший повод опробовать все самые свежие и экспериментальные технологии. Кроме того, опыт в моделировании, обработке данных и работе с приборами является бесценным в IT-среде.

Научные руководители

Максим Сергеевич Долгоносов

Максим Сергеевич Долгоносов

Организация

ИКИ РАН, ВШЭ

Биография

Выпускник МФТИ (ФПФЭ 2003, красный диплом). Аспирантура ИКИ РАН (теоретическая физика). Кандидат физико-математических наук.

Старший научный сотрудник ИКИ РАН (отдел Физики космической плазмы, с 2001). Научный руководитель космического эксперимента "Микроспутник Чибис-АИ" на борту МКС.

Направление исследований

Исследование УКВ излучения грозовых разрядов.

Требования к студентам

Знание английского языка не ниже pre-intermidiate. Python продвинутый.

Константин Викторович Герценбергер

Константин Викторович Герценбергер

Организация

Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ), начальник группы.

Биография

Образование

НИЯУ “Московский инженерно-физический институт” (2006), специальность “Математическое и программное обеспечение вычислительных систем”. Аспирантура МИФИ (2009).

Кандидат технических наук (2014). Сотрудник ОИЯИ (с 2009), начальник группы математического и программного обеспечения НЭОФСТИ на комплексе NICA ЛФВЭ ОИЯИ. Координатор разработки программных систем для эксперимента BM@N и член исполнительного совета эксперимента.

Направление исследований

Разработка программного обеспечения для обработки данных эксперимента на фиксированной мишени BM@N проекта NICA.

Направления работ по тематике магистерских диссертаций:

  • Использование распределенных и высокопроизводительных вычислений для моделирования и обработки данных эксперимента.
  • Развитие системы визуализации событий столкновения частиц эксперимента.
  • Разработка баз данных эксперимента и интерфейсов доступа.

Требования к студентам

Знание языка C++, желательно знание Linux, CERN ROOT.

Предполагается участие в конференциях ОИЯИ, оплачиваемых летних практиках, публикация работ.

Roland Grinis

Roland Grinis

Организация

MIPT.

Биография

I studied Maths at Oxford, Cambridge and Imperial. Before joining MIPT, I worked in the financial industry as a quantitative developer building models for interest rates exotic derivatives and optimization algorithms for initial margins.

Направление исследований

My research interests lie in Mathematical & Computational Physics, Monte-Carlo Methods and Non-linear Programming.

Олег Евгеньевич Калашев

Олег Евгеньевич Калашев

Организация

ИЯИ РАН.

Биография

Образование

МФТИ (1999). Аспирантура Института ядерных исследований РАН под руководством В.А. Кузьмина (1999-2002).

Сотрудник факультета физики и астрономии в университете штата Калифорния, Лос-Анджелес (2005-2006). Кандидат физико-математических наук (2003), доктор физико-математических наук (2017) по специальности "Теоретическая физика" (космические лучи сверхвысоких энергий).

Сотрудник Института ядерных исследований РАН (с 2006), преподаватель кафедры физики частиц и космологии физического факультета МГУ и кафедры фундаментальных взаимодействий и космологии факультета проблем физики и энергетики МФТИ. Действительный член международной коллаборации Telescope Array (с 2008).

Направление исследований

Разработка методов, основанных на алгоритмах машинного обучения, для анализа экспериментальных данных, а также для теоретических задач астрофизики частиц. Моделирование распространения космических лучей.

Особенности работы

Возможно сотрудничество с экспериментальными группами Telescope Array (США), Байкальского подводного нейтринного телескопа, Баксанской нейтринной обсерватории.

Igor Khokhriakov

Igor Khokhriakov

Организация

Helmholtz-Zentrum Geesthacht/IK Company (Solutions Architect/CTO).

Биография

I am a results-oriented professional who has been consistently praised as quality-oriented by my co-workers and management. Over the course of my 14-year career, I've developed a skill set directly relevant to full life cycle of software development including requirements capture, prototyping, design, implementation, testing and maintenance as well as team leading. Overall, I have consistently demonstrated critical thinking, analytical and problem-solving abilities in every aspect of my software solutions architect role at Helmholtz-Zentrum Geesthacht.

Regular participation as a speaker at various community meetings and scientific conferences since 2012. Have organized more than a dozen of workshops in different countries.

I enjoy reading about and applying new technologies.

Out with the world of Software development, I enjoy boardgaming, shooting short-movies with my friends about post nuclear mankind life based on Fallout (a Role Playing Game). DJing psytrance music. And I am interested in space research.

Направление исследований

SCADA, DCS, IoT, Micro-services architecture, Reactive systems design.

Петр Климай

Петр Климай

Организация

ИЯИ РАН, МФТИ, JetBrains Research.

Биография

Образование

МФТИ (2007), аспирантура ИЯИ РАН. Кандидат физико-математических наук (2010), диссертация по теме "Ограничения на концентрацию первичных черных дыр и их космологические следствия". Автор более 30 научных работ.

Результаты научной работы:

  • Выявление связи между первичными возмущениями плотности, спектром индуцированных гравитационных волн и возможной концентрацией первичных черных дыр во Вселенной.
  • Изучение вопроса рождения первичных черных дыр в ряде инфляционных моделей, в том числе в теоретических моделях "водопада" гибридной инфляции, "курватона" и модели аксионной инфляции.
  • Расчет временных и энергетических параметров "вспышки" излучения первичной черной дыры, находящейся на финальной стадии испарения. Получение параметризации результатов, удобных для использования при анализе экспериментальных данных. Эти результаты продолжают использоваться в работах нескольких экспериментальных коллабораций.

На сегодняшний день занимается разработкой научного программного обеспечения и построением IT-инфраструктуры для физических экспериментов. В работе в первую очередь использует языки программирования Kotlin и Python.

Направление исследований

IT-инфраструктура физических экспериментов.

Dmitriy Kostunin

Dmitriy Kostunin

Организация

Astroparticle Department of DESY, JetBrains Research.

Биография

Graduated from ISU (2012). Diploma thesis at BLTP JINR (2011-2012) in low-energy hadronic interactions. PhD thesis at KIT (2012-2015) in radio detection of air-showers in the frame of Tunka-Rex experiment. PI of Tunka-Rex experiment since 2018. Member of H.E.S.S. Collaboration since 2018: convener of small-sized telescope cameras' working group. Head of Astroparticle Physics working group at JetBrains Research.

Inspirehep profile: https://inspirehep.net/authors/1259470

Направление исследований

  • Multimessenger Astrophysics
  • Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes
  • Radio detectors for cosmic rays
  • Archival analysis of KASCADE-Grande data
  • Simulation of ultra-high energy air-showers

Требования к студентам

Basic knowledge of particle physics and astrophysics, good knowledge of programming languages (Python, C++) and corresponding libraries (e.g. numpy, scipy, ML tools, CERN ROOT, etc.)

Александр Нозик

Александр Нозик

Организация

МФТИ, JetBrains Research, ИЯИ РАН.

Биография

Образование

Лицей «Вторая школа» (2002). МФТИ, факультет проблем физики и энергетики, кафедра фундаментальных взаимодействий и космологии (ИЯИ РАН) (2008).

Кандидат физико-математических наук (2012): диссертация по направлению 01.04.16 «Физика атомного ядра и элементарных частиц», тема «Результаты обработки данных эксперимента "Троицк ню-масс" по прямому измерению массы электронного нейтрино».

Преподаватель общей физики в МФТИ (с 2013). Заместитель заведующего ЛМЯФЭ МФТИ (с 2019). Руководитель направления в JetBrains Research (с 2019).

Ссылки:

Направление исследований

Разработка научного программного обеспечения на Kotlin и других языках:

  • Разработка систем визуализации научных данных.
  • Разработка систем сбора данных и управления оборудованием и использование этих систем в международных экспериментах, таких как "Троицк ню-масс" и IAXO.
  • Разработка автоматизированных систем анализа данных.

Особенности работы

Работа возможна в дистанционном и очном формате (в Москве).

Олийниченко Дмитрий Робертович

Олийниченко Дмитрий Робертович

Организация

Institute for Nuclear Theory (USA, Washington, Seattle)

Биография

В 2013 году закончил МФТИ, ФОПФ. Защитил PhD во Франкфурте, Frankfurt Institute for Advanced Studies по теме связанной с моделированием релятивистких столкновений тяжёлых ионов -- Interfaces between relativistic hydrodynamics and transport, кому интересно -- диссертация есть в открытом доступе. После защиты работал постдоком в Lawrence Berkeley National Laboratory (USA, California), с октября 2021 постдок в Institute for Nuclear Theory (USA, Washington, Seattle).

Научные интересы обращаются вокруг следующих взаимосвязанных вопросов:

  1. Какие свойства (уравнение состояния, скорость звука, вязкость, тепло- и электропроводность) будут у ядерной материи, если её сжать и/или нагреть?
  2. Что можно узнать об этих свойствах анализируя частицы, которые образуются при разлёте фаербола, образующегося в релятивистских столкновениях тяжёлых ионов?
  3. Как предсказать, сколько каких частиц, с какими импульсами образуется в результате релятивистских столкновениях тяжёлых ионов?

Список публикаций.

Направление исследований

  • Научиться точно предсказывать, сколько и куда будет вылетать легких ядер в столкновениях ионов при энергиях от 2 до 10 ГэВ на нуклон в системе центра масс. На этот счёт есть несколько моделей, ни одна из которых не является точной. Можно улучшить существующие, можно придумать свою. Так или иначе, модель необходимо воплотить в программном коде.
  • Разобраться с тем как зависимость скорости звука от плотности в плотной ядерной материи влияет на наблюдаемые величины (вроде распределения частиц по углу вылета) в столкновении тяжёлых ионов. Попробовать из недавних экспериментальных данных извлечь знания о скорости звука в ядерной материи. Это несколько бородатая задача, но с тех пор как за неё всерьёз брались в последний раз, экспериментаторы успели измерить много нового. Да и теория ушла вперёд. Это типичный пример обратной задачи, поэтому по желанию можно применить машинное обучение, а именно метод Байесовского анализа.
  • При помещении многих сортов частиц в коробку между ними могут идти разные реакции, для которых можно написать систему уравнений того же типа, что пишут для реакций химики. В химии хорошо известны случаи, когда в присутствии автокаталитических реакций могут происходить красивые явления, см. например реакцию Белоусова-Жаботинского. По-видимому, в физике частиц и в ядерной физике подобное тоже возможно. Предлагается написать уравнения, решить их аналитически насколько возможно, и промоделировать с помощью транпортного кода, когда аналитически решить не удаётся.

Требования к студентам

Важно знать основы ядерной физики (по крайней мере написать формулу Вайцзеккера и помнить общие свойства ядер) и основы феноменологии частиц (помнить какие есть частицы, какие у них бывают свойства, что такое сечение рассеяния, что такое ширина распада). Полезно иметь базовые навыки программирования на С++ и python.

Игорь Анатольевич Пшеничнов

Игорь Анатольевич Пшеничнов

Организация

ИЯИ РАН, ведущий научный сотрудник.

Биография

Образование

Физический факультет МГУ (1987), доктор физико-математических наук.

Первые работы были посвящены моделированию взаимодействия антипротонов с ядрами. Разработал модель фотоядерных реакций и модель RELDIS, описывающую электромагнитные взаимодействия ядер. Исследовал физику адронной и тяжелоионной терапии онкологических заболеваний, прохождения частиц через вещество, нейтронных источников, ядерной трансмутации. В разные годы работал в Национальном институте ядерной физики Италии, Институте Нильса Бора в Копенгагене, Университете Франкфурта-на-Майне. В настоящее время участник коллаборации ALICE в ЦЕРН.

Полный список работ, включая публикации в составе коллаборации, доступен по ссылке.

Направление исследований

Моделирование методом Монте-Карло адронных и электромагнитных взаимодействий релятивистских ядер, взаимодействия пучков частиц и ядер с веществом. Анализ данных эксперимента ALICE на LHC.

Требования к студентам

Приветствуется уверенное владение С++, навыки отладки, тестирования и культура разработки сложных программных систем, владение численными методами. Желательно знакомство с библиотекой Geant4, готовность работать в составе больших экспериментальных коллабораций в ЦЕРН, ОИЯИ и других институтах.

Лев Михайлович Шагалов

Лев Михайлович Шагалов

Организация

ООО "Разумные электрические сети", ведущий специалист.

Профессиональная деятельность

Разработка информационных систем (с 2013), в том числе: высоконагруженных и высокодоступных, банковских, SCADA платформ для построения подобных систем.

Направление исследований

Разработка отказоустойчивых систем управления и симуляторов сетей 0.4-35 кВ.

Требования к студентам

Желательно знание Kotlin, Java, Linux, frontend. Работа возможна в дистанционном формате.

Айно Константиновна Скасырская

Айно Константиновна Скасырская

Организация

ИЯИ РАН

Биография

Образование: ФМШ-18, МФТИ, факультет управления и прикладной математики

Работа в ИЯИ РАН с 1975.

Направление исследований

Инженерно-физические расчеты с помощью программных комплексов ANSYS и COMSOL.

  1. Механические расчеты (упругость, деформация)
  2. Термо и гидродинамика
  3. Расчеты электромагнитных полей
  4. Движение частиц в электромагнитных полях
  5. Связанные расчеты
Ильмир Усманов

Ильмир Усманов

Организация

JetBrains.

Биография

ФРТК МФТИ (2013). Работал над различными компиляторами - от GCC и LLVM до котлиновского компилятора. Сотрудник JetBrains в команде Kotlin Language Research Team.

Направление исследований

Дизайн и реализация языков программирования, компиляторные оптимизации, гетерогенные вычисления, символьное исполнение.

Учебная программа

Особенность данной магистерской программы в том, что она объединяет программистов и физиков, поэтому нет возможности создать четкий план обучения, единый для всех. Эта проблема решается созданием индивидуальных гибких учебных планов. Учебный план определяется научным руководителем.

Обязательные для всех курсы:

  • Вычислительные методы (годовой курс).
  • Статистические методы и анализ данных (годовой курс).
  • Научная этика и подготовка научных публикаций (семестр).
  • Научный семинар.

Остальные курсы выбираются научным руководителем и согласуются с руководством программы. Для выбора курсов можно воспользоваться списком рекомендованных курсов или выбрать любой другой курс, который читается в МФТИ (и, возможно, в партнерских вузах).

Как поступить?

Чтобы принять участие в программе, необходимо:

  • заполнить анкету. В анкете надо указать одного или нескольких научных руководителей, с которыми вы бы хотели работать;
  • до 30 июня пройти собеседование с научными руководителями и согласовать предполагаемый план обучения;
  • подать документы в магистратуру МФТИ согласно правилам поступления (направление ЛФИ "Математика и физика" или ФПМИ "Информатика"). Если есть соглашение с научным руководителем, но не удалось пройти по конкурсу, то обучение с большой вероятностью будет оплачено нашими партнерами.

ВАЖНО: предварительное согласование с научным руководителем является обязательным для обучения в вузе.

Команда

Александр Нозик

Александр Нозик

Руководитель программы

Заместитель заведующего ЛМЯФЭ МФТИ.

Руководитель направления в JetBrains Research.

Преподаватель общей физики, статистических методов и программирования на Kotlin в МФТИ.

Александр Светличный

Александр Светличный

Заместитель руководителя

Преподаватель кафедры общей физики МФТИ.

Аспирант ИЯИ РАН.

Денис Айвазов

Денис Айвазов

Консультант от ФПМИ

Контакты

Сайт лаборатории: https://npm.mipt.ru

Страница направления в JetBrains Research: https://research.jetbrains.org/groups/npm/.

Все вопросы можно задать в телеграм-канале лаборатории: https://t.me/mipt_npm.

Также можно писать на электронную почту: npm@mipt.ru.