Física de sistemas complejos
El Comité Nobel incluyó en esta área de la ciencia prácticamente sin relación
"Estamos al borde de un abismo", dijo recientementeAntónio Guterres, secretario general de la ONU. - La temperatura media ya ha subido 1,2 ° C por encima de la de la era preindustrial. Esto está muy cerca de la lectura crítica de 1,5 ° C. Este año será decisivo. Si fracasamos [en el control climático y la transición a tecnologías verdes], correremos un gran peligro ".
En un futuro cercano, podemos esperar un aumento en los volúmenes.trabajos de investigación en el campo de la física de sistemas complejos y la física del clima. Los principales descubrimientos en esta zona se realizaron hace décadas. Por ejemplo, en los años 60, Shukuro Manabe creó un conjunto de herramientas para modelar el sistema climático; diez años más tarde, Klaus Hasselman vinculó el tiempo y el clima. El premio podría ser compartido con ellos por el físico soviético Andrei Monin, uno de los fundadores de la hidrodinámica geofísica, que allanó el camino para la investigación en todo el mundo.
Ahora en Rusia hay pocos científicos queparticipan en el modelado de sistemas complejos en términos de clima y, al mismo tiempo, obtienen reconocimiento internacional. Por ejemplo, el trabajo de Evgeny Volodin del Instituto de Matemática Computacional. Marchuk RAS se convirtió en parte del modelo más grande del IPCC (Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático) hace varios años. En la comunidad científica, existe la opinión de que ahora la investigación rusa está muy por detrás de los estudios occidentales, y simplemente no hay especialistas al nivel de los premios Nobel en el país. Las razones son la falta de financiación y la disminución de la experiencia.
No existe una institución global separada en Rusia,que se ocupa de la física de sistemas complejos. Pero hay iniciativas regionales, por ejemplo, el centro educativo y científico "Física de sistemas complejos", inaugurado en 2009 en Kazán. El programa de maestría se implementa de acuerdo con el principio de intercambio de experiencias con el Instituto de Problemas de Mecánica y Ciencia de Materiales Modernos ISMANS (Francia).
Los modelos climáticos son solo uno de losesferas prácticas, que está cosechando los frutos de los descubrimientos en el campo de la física de sistemas complejos. Entonces, el tercer ganador del Premio Nobel, Giorgio Parisi, recibió un premio por el descubrimiento de leyes matemáticas que surgen en materiales complejos (caóticos), lo que permitió a los científicos describir muchos fenómenos diferentes, no solo en física, sino también en matemáticas, biología, neurociencia, y aprendizaje automático. Además, su trabajo fue muy útil para crear una computadora cuántica.
la física cuántica
Una computadora cuántica es una de las más poderosaslogros aplicados. Según las estimaciones más optimistas, aparecerán en Rusia en unos años, y hasta ahora solo hay prototipos de diferentes tipos de procesadores cuánticos. Estos incluyen el primer esquema único de cinco qubit para la computación cuántica, creado en el Instituto de Física y Tecnología de Moscú.
Una plataforma de 20 iones también apareció en 2021,un enfoque alternativo a la creación de una computadora cuántica, "Laboratorio Nacional Cuántico". Para Rusia, ambos eventos son un gran avance, pero, sin embargo, este es un retraso significativo en el mundo, donde ya existe una computadora cuántica en toda regla con 27 qubits y una máquina D-Wave de 5000 qubit para computación limitada que está funcionando.
“Según Gartner, los cuantos se harán realidadpara la mayoría ya en 2023, y no en 20 años, como se pensaba anteriormente”, señala Elena Zislin, vicepresidenta de Desarrollo de Negocios Tecnológicos de JPMorgan Chase. — Dentro de dos años, el 20% de las empresas del mundo ya tendrán proyectos en el campo de la computación cuántica. En comparación, hoy es sólo el 1%”..
Experimentos para construir computadoras cuánticas enRusia exige mucho dinero. Pero ciertas áreas de investigación a menudo las llevan a cabo varios institutos. Como parte de equipos internacionales, los científicos rusos han participado en varios descubrimientos importantes. Por ejemplo, un grupo de investigación de Skoltech con IBM inventó los interruptores cuánticos, una tecnología que reduce drásticamente el consumo de energía de una computadora cuántica. En teoría, esto permitirá evitar el uso de costosos sistemas de refrigeración, que complican enormemente el funcionamiento del dispositivo.
Otro tiene aproximadamente el mismo significado práctico.descubrimientos: empleados del Centro Cuántico Ruso con colegas de la Universidad Estatal de Moscú y la Universidad Federal de Kazán. Por primera vez en la historia, obtuvieron fenómenos cuánticos de superconductividad y superfluidez a temperatura ambiente. Este ha sido el sueño de los investigadores de todo el mundo durante décadas.
También hay muchos descubrimientos hechos enlas composiciones de grupos internacionales. Por ejemplo, científicos del Instituto de Física del Estado Sólido. Osipyan y Skoltech, junto con colegas de Princeton (EE. UU.) Y el Instituto Walter Schottky (Alemania), propusieron un método original para detectar estados cuánticos complejos: los modos Majorana. Los científicos han estado tratando de detectar estas partículas durante mucho tiempo, pero es extremadamente difícil: no tienen carga ni giro. El beneficio potencial del descubrimiento radica en el uso de propiedades únicas al crear una computadora cuántica de una nueva generación (la velocidad de cálculo es mayor, el efecto de la interferencia ambiental es menor).
Una escuela científica fuerte se desarrolla donde haycontinuidad. En octubre de 2021, apareció una unidad de investigación en el MIPT, cuyo director científico será Andrei Geim, un famoso físico y graduado del MIPT que recibió el Premio Nobel por el descubrimiento del grafeno junto con Konstantin Novoselov. El laboratorio se ocupará de la mesofísica, o la manifestación de fenómenos de la mecánica cuántica a escalas macroscópicas. Los descubrimientos en esta área pueden ser de gran importancia práctica para el desarrollo de la microelectrónica.
Física de materiales
Participación en proyectos científicos rusosPremios Nobel es un paso estratégico importante hacia la creación de un centro de atracción para jóvenes científicos, donde se concentraría el potencial intelectual del país. Esto es lo que está haciendo MIPT ahora. Uno de los físicos más citados de nuestro tiempo, profesor de la Universidad de Manchester, el nobelista Konstantin Novoselov dirigió el departamento de Phystech, centrado en experimentos con materiales inteligentes bidimensionales. Esta es un área muy prometedora con un gran efecto potencial para la microelectrónica y la tecnología. Se espera que dichos materiales se puedan utilizar como base para computadoras neuromórficas.
También se dedica a los nanomateriales en Rusia.Instituto Kurchatov. Recientemente, los físicos han sintetizado una clase fundamentalmente nueva de materia delgada: películas magnéticas de submonocapa. Tienen un átomo de espesor, pero están muy descargadas. Estos son los imanes artificiales más delgados jamás creados en un laboratorio. Este descubrimiento puede estar asociado con un impulso en el desarrollo de la espintrónica (un sistema que utiliza el espín como portador de información en la computación cuántica). En el proceso de trabajo de investigación, los físicos del Instituto Kurchatov colaboraron con el Centro Europeo de Investigación de Sincrotrones, donde hay una instalación de aceleración única que permite estudiar las propiedades de los nanomateriales. Esto nos acerca mucho a hablar sobre el estado de la física de aceleradores en Rusia.
Física nuclear y de aceleradores.
A principios de 2021, Rusia lanzó dosmegainstalaciones: el reactor de neutrones de investigación de alto flujo más poderoso del mundo PIK y el reactor termonuclear T-15MD (también conocido como Tokamak). Con su ayuda, los científicos rusos quieren hacer descubrimientos que permitan crear tecnologías para la energía nuclear de dos componentes. En el Instituto Kurchatov, también se les llama "similares a la naturaleza", es decir, cerrados sobre sí mismos y naturalmente integrados en la circulación de recursos del medio ambiente.
Además, científicos del Instituto Kurchatov están trabajando encreación de centrales nucleares de baja potencia a base de materiales termoeléctricos, que prácticamente no necesitan mantenimiento. El prototipo de la instalación, que puede denominarse batería atómica compacta, ha estado en funcionamiento durante varias décadas. Quizás son los físicos rusos quienes están allanando el camino para la creación de tecnologías que puedan garantizar la vida humana en otros planetas.
A pesar de la presencia de varias instalaciones en el paísLos nuevos aceleradores y reactores de clase mundial se construyen con menos frecuencia de lo que falla el legado soviético. Este es un problema serio; después de todo, la mayoría de los descubrimientos en física de partículas y física nuclear ocurren durante experimentos en tales instalaciones.
“Durante los últimos 30 años, ha habido una tendencia areducción de la participación en el trabajo realizado en los centros de investigación de la Federación de Rusia. Esto se debe a la falta de una base experimental moderna en el país. En el contexto del estado general, diría yo, depresivo de la ciencia fundamental en el país, la creación de grandes instalaciones de aceleradores científicos se ha ralentizado. Esto llevó al hecho de que ha habido un retraso significativo en el desarrollo de tecnologías de aceleradores nacionales en una serie de áreas importantes, como la medicina nuclear, la ciencia de los materiales, la industria de semiconductores, que ahora dependen de proveedores extranjeros ", dijo el académico Boris Sharkov. dijo en una reunión reciente de la Academia de Ciencias de Rusia.
El lado positivo de la situación es que el nivelse puede levantar la base experimental, y en los próximos años. En 2022, el colisionador NICA se completará y lanzará en Dubna. El Centro Nacional de Física y Matemáticas se está estableciendo en Sarov, donde aparecerá otro colisionador, la Fábrica Super c-tau. Quizás, es con su ayuda que los científicos rusos estudian procesos y fenómenos que van más allá del "modelo estándar". Pero pueden adelantarse a ellos: en el mundo, los experimentos se llevan a cabo todos los días en las instalaciones de aceleradores, y los científicos están muy cerca de los descubrimientos que sentarán las bases de la "nueva física".
Mientras tanto, los físicos teóricos rusos debenliteralmente persuadiendo al CERN para que llevara a cabo experimentos. Para hacer esto, debe convencerlos de la utilidad potencial del descubrimiento. Ahora, esto lo logra Dmitry Karlovets, quien demostró matemáticamente la preservación del estado inusual de "torsión" y las propiedades de la onda en partículas a altas velocidades. Anteriormente, los investigadores solo estudiaron estas propiedades cuánticas a energías moderadas. Si hay algún beneficio práctico aquí es una gran pregunta, pero no todos los experimentos innovadores en la historia de la física lo establecen como su objetivo. La cognición siempre ha sido lo principal.
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