Физика на сложни системи
Нобеловият комитет включва в тази област на науката почти несвързани
„Ние сме на ръба на пропаст“, каза наскороГенералният секретар на ООН Антониу Гутериш. - Средната температура вече се е повишила с 1,2 °C над тази от прединдустриалната ера. Това е много близо до критичното отчитане от 1,5 ° C. Тази година ще бъде решаваща. Ако не успеем [в контрола на климата и прехода към зелени технологии], ще бъдем в голяма опасност."
В близко бъдеще можем да очакваме увеличение на обемитенаучноизследователска работа в областта на физиката на сложните системи и физиката на климата. Основните открития в тази област са направени преди десетилетия. Например, през 60-те години Шукуро Манабе създава инструментариум за моделиране на климатичната система, десет години по-късно Клаус Хаселман свързва времето и климата. Наградата може да бъде споделена с тях от съветския физик Андрей Монин, един от основателите на геофизичната хидродинамика, която проправи пътя за изследвания по целия свят.
Сега в Русия има малко учени, коитосе занимават с моделиране на сложни системи от гледна точка на климата и в същото време печелят международно признание. Например работата на Евгений Володин от Института по изчислителна математика. Марчук RAS стана част от по-големия модел IPCC (Междуправителствен панел по изменение на климата) преди няколко години. В научната общност има мнение, че сега руските изследвания изостават много от западните и в страната просто няма специалисти на ниво нобелови лауреати. Причините са недостатъчно финансиране и спадът на експертизата.
В Русия няма отделна глобална институция,който се занимава с физика на сложни системи. Но има регионални инициативи - например образователният и научен център "Физика на сложните системи", открит през 2009 г. в Казан. Магистърската програма се реализира на принципа на обмяна на опит с Института по проблеми на механиката и съвременните материалознание ISMANS (Франция).
Климатичните модели са само един от тяхпрактически сфери, което жъне плодовете на откритията в областта на физиката на сложните системи. И така, третият носител на Нобелова награда Джорджо Паризи получи награда за откриването на математически закони, които възникват в сложни (хаотични) материали, което позволи на учените да опишат много различни явления - не само във физиката, но и в математиката, биологията, неврологията, и машинно обучение. Освен това работата му беше много полезна при създаването на квантов компютър.
Квантовата физика
Квантовият компютър е един от най-мощнитеприложни постижения. Според най-оптимистичните оценки те ще се появят в Русия след няколко години, а засега има само прототипи на различни видове квантови процесори. Те включват първата уникална петкубитова схема за квантови изчисления, създадена в лабораторията на МФТИ.
20-йонна платформа също се появи през 2021 г.алтернативен подход за създаване на квантов компютър, "Национална квантова лаборатория". За Русия и двете събития са голям пробив, но въпреки това това е значително изоставане в света, където вече има пълноценен квантов компютър с 27 кубита и работи 5000-кубитова D-Wave машина за ограничени изчисления.
„Според Gartner количествените показатели ще станат реалностза мнозинството още през 2023 г., а не след 20 години, както се смяташе преди“, отбелязва Елена Зислин, вицепрезидент на технологичното бизнес развитие на JPMorgan Chase. — След две години 20% от компаниите в света вече ще имат проекти в областта на квантовите изчисления. За сравнение, днес е само 1%.“,
Експерименти за изграждане на квантови компютриРусия иска много пари. Но някои области на изследвания често се извършват от няколко института. Като част от международни екипи, руски учени са участвали в няколко важни открития. Например, изследователска група на Skoltech с IBM изобрети квантови превключватели, технология, която умножава консумацията на енергия на квантов компютър. На теория това ще позволи да се избегне използването на скъпи охладителни системи, които значително усложняват работата на устройството.
Друго има приблизително същото практическо значение.открития - служители на Руския квантов център с колеги от Московския държавен университет и Казанския федерален университет. За първи път в историята те са получили квантови явления на свръхпроводимост и свръхфлуидност при стайна температура. Това е мечтата на изследователи от цял свят от десетилетия.
Има и много открития, направени всъставите на международни групи. Например учени от Института по физика на твърдото тяло. Осипян и Сколтех, заедно с колеги от Принстън (САЩ) и Института Валтер Шотки (Германия), предложиха оригинален метод за откриване на сложни квантови състояния - режими на Майорана. Учените се опитват да открият тези частици от дълго време, но това е изключително трудно: те нямат заряд и въртене. Потенциалната полза от откритието се крие в използването на уникални свойства при създаването на квантов компютър от ново поколение (скоростта на изчисление е по-висока, ефектът от намесата на околната среда е по-малък).
Там, където има, се развива силна научна школаприемственост. През октомври 2021 г. в MIPT се появи изследователско звено, където научен директор ще бъде Андрей Гейм, известен физик и възпитаник на MIPT, който получи Нобелова награда за откриването на графен заедно с Константин Новоселов. Лабораторията ще се занимава с мезофизика - или проявлението на квантово-механичните явления в макроскопични мащаби. Откритията в тази област могат да имат голямо практическо значение за развитието на микроелектрониката.
Физика на материалите
Участие в руски научни проектиНобеловите лауреати са важна стратегическа стъпка към създаването на притегателен център за млади учени, където да бъде концентриран интелектуалният потенциал на страната. Това прави МФТИ сега. Един от най-цитираните физици на нашето време, професор в университета в Манчестър, нобелистът Константин Новоселов оглавява катедрата по Phystech, фокусирана върху експерименти с двуизмерни интелигентни материали. Това е много обещаваща област с голям потенциален ефект за микроелектрониката и технологиите. Очаква се такива материали да бъдат използвани като основа за невроморфни компютри.
Също така се занимава с наноматериали в РусияКурчатовски институт. Неотдавна физиците синтезираха принципно нов клас тънка материя - подмонослойни магнитни филми. Те са с дебелина един атом, но са силно разредени. Това са най-тънките изкуствени магнити, създавани някога в лаборатория. Това откритие може да бъде свързано с тласък в развитието на спинтроника (система, която използва спин като носител на информация в квантовите изчисления). В процеса на изследователска работа физиците от Курчатовския институт си сътрудничиха с Европейския център за синхротронни изследвания, където има уникално ускорително съоръжение, което дава възможност за изследване на свойствата на наноматериала. Това ни доближава много до това да говорим за състоянието на физиката на ускорителите в Русия.
Ядрена и ускорителна физика
В началото на 2021 г. Русия пусна двемегаинсталации: най-мощният изследователски неутронен реактор с висок поток в света ПИК и термоядрен реактор Т-15МД (известен още като Токамак). С негова помощ руски учени искат да направят открития, които ще направят възможно създаването на технологии за двукомпонентна ядрена енергия. В института Курчатов те се наричат още „природоподобни“, тоест затворени в себе си и естествено вградени в циркулацията на ресурсите на околната среда.
Освен това работят учени от Курчатовския институтсъздаване на атомни електроцентрали с ниска мощност на базата на термоелектрически материали, които практически не се нуждаят от обслужване. Прототипът на съоръжението, който може да се нарече компактна атомна батерия, е в експлоатация от няколко десетилетия. Може би именно руските физици проправят пътя за създаването на технологии, които могат да осигурят човешки живот на други планети.
Въпреки наличието в страната на няколко инсталацииновите ускорители и реактори от световна класа се създават по-рядко, отколкото съветското наследство се проваля. Това е сериозен проблем, тъй като повечето открития в физиката на частиците и ядрената физика се случват по време на експерименти на такива съоръжения.
„През последните 30 години се наблюдава тенденция къмнамаляване на дела на работата, извършена в изследователски центрове на Руската федерация. Това се дължи на липсата на модерна експериментална база в страната. На фона на общото, бих казал, депресивно състояние на фундаменталната наука в страната, създаването на големи научни ускорителни съоръжения се забави. Това доведе до значително изоставане в развитието на местните ускорителни технологии в редица важни области, като ядрена медицина, материалознание и полупроводниковата индустрия, които сега са зависими от чуждестранни доставчици“, каза наскоро академик Борис Шарков. заседание на Руската академия на науките.
Положителната страна на ситуацията е, че нивотоексперименталната база може да се повиши и през следващите години. През 2022 г. ще бъде завършен и пуснат колайдерът NICA в Дубна. В Саров се създава Националният физико-математически център, където ще се появи още един колайдер - Super c-tau Factory. Може би именно с негова помощ руски учени изследват процеси и явления, които надхвърлят „стандартния модел“. Но те могат да ги изпреварят: експерименти се провеждат ежедневно в ускорители по света, а учените са много близо до открития, които ще положат основата на „новата физика“.
Междувременно руските физици-теоретици трябвабуквално да убеди ЦЕРН да провежда експерименти. За да направите това, трябва да ги убедите в потенциалното приложение на откритието. Сега това се постига от Дмитрий Карловец, който математически доказа запазването на необичайното състояние на "усукване" и свойствата на вълната в частици при високи скорости. Преди това изследователите са изследвали тези квантови свойства само при умерени енергии. Дали тук има някаква практическа полза е голям въпрос, но не всички пробивни експерименти в историята на физиката го поставят като своя цел. Знанието винаги е било ключово.
Прочетете още
Хъбъл направи снимка на същата активна галактика с 20 години разлика
Астрономите разказаха къде и как се образуват златото и платината във Вселената
Чуйте звуците на Марс, записани от мисията Упоритост