Fizika složenih sustava
Nobelov odbor uključio je ovo područje znanosti gotovo nepovezano
"Na rubu smo ponora",Glavni tajnik UN-a Antonio Guterres. “Prosječna temperatura već je porasla za 1,2°C iznad onoga što je bila u predindustrijskoj eri. To je vrlo blizu kritičnih 1,5°C. Ova će godina biti odlučujuća. Ako ne uspijemo [u kontroli klime i prijelazu na zelene tehnologije], bit ćemo u velikoj opasnosti.”
U bliskoj budućnosti možemo očekivati povećanje količineistraživački rad iz područja fizike složenih sustava i fizike klime. Glavna otkrića na ovom području nastala su prije nekoliko desetljeća. Na primjer, 1960-ih je Shukuro Manabe stvorio alat za modeliranje klimatskog sustava; deset godina kasnije, Klaus Hasselmann je povezao vrijeme i klimu. Nagradu bi s njima mogao podijeliti sovjetski fizičar Andrej Monin, jedan od utemeljitelja geofizičke hidrodinamike, koja je otvorila put istraživanjima diljem svijeta.
Sada u Rusiji postoji nekoliko znanstvenika kojibave se modeliranjem složenih sustava u klimatskom smislu i ujedno dobivaju priznanje na međunarodnoj razini. Na primjer, rad Evgenija Volodina s Instituta za računsku matematiku. Marchuk RAS postao je dio većeg modela IPCC-a (Međuvladin panel o klimatskim promjenama) prije nekoliko godina. U znanstvenoj zajednici postoji mišljenje da sada rusko istraživanje daleko zaostaje za zapadnim radom, a u zemlji jednostavno nema stručnjaka na razini nobelovaca. Razlozi su nedovoljno financiranje i pad stručnosti.
U Rusiji ne postoji posebna globalna institucija,baveći se fizikom složenih sustava. Ali postoje regionalne inicijative - na primjer, obrazovni i znanstveni centar "Fizika složenih sustava", otvoren 2009. u Kazanu. Magistarski program se provodi na principu razmjene iskustava s Institutom za probleme mehanike i suvremene znanosti o materijalima ISMANS (Francuska).
Klimatski modeli su samo jedan od njihpraktična područja, koja ubiru plodove otkrića u području fizike složenih sustava. Dakle, treći nobelovac Giorgio Parisi dobio je nagradu za otkriće matematičkih obrazaca koji nastaju u složenim (kaotičnim) materijalima, što je omogućilo znanstvenicima da opišu mnoge različite pojave - ne samo u fizici, već i u matematici, biologiji, neuroznanosti, stroju. učenje. Osim toga, njegov rad je bio vrlo koristan u stvaranju kvantnog računala.
Kvantna fizika
Kvantno računalo je jedno od najmoćnijihprimijenjena postignuća. Prema najoptimističnijim procjenama, u Rusiji će se pojaviti za nekoliko godina, no za sada postoje samo prototipovi raznih vrsta kvantnih procesora. To uključuje prvi jedinstveni sklop od pet kubita za kvantno računanje stvoren u laboratoriju MIPT-a.
2021. također je stigla platforma od 20 jona,alternativni pristup izgradnji kvantnog računala, "Nacionalni kvantni laboratorij". Za Rusiju su oba događaja veliki napredak, ali još uvijek značajno zaostajanje u svijetu u kojem već postoji punopravno kvantno računalo od 27 kubita i D-Wave stroj od 5000 kubita za ograničeno računanje.
“Prema Gartneru, kvantiteti će postati stvarnostza većinu već 2023., a ne za 20 godina, kako se ranije mislilo,” napominje Elena Zislin, potpredsjednica tehnološkog poslovnog razvoja JPMorgan Chasea. — Za dvije godine 20% tvrtki u svijetu već će imati projekte u području kvantnog računarstva. Usporedbe radi, danas je to samo 1%.”,
Eksperimenti za stvaranje kvantnih računala uRusiji treba veliki novac. Međutim, pojedina područja istraživanja često provodi nekoliko instituta. Kao dio međunarodnih timova, ruski znanstvenici sudjelovali su u nekoliko važnih otkrića. Na primjer, istraživačka skupina Skoltecha s IBM-om izumila je kvantne prekidače, tehnologiju koja dramatično smanjuje potrošnju energije kvantnog računala. Teoretski, to će omogućiti da se ne koriste skupi rashladni sustavi, koji uvelike kompliciraju rad uređaja.
Približno isto praktično značenje za druguotkrića — zaposlenici Ruskog kvantnog centra s kolegama s Moskovskog državnog sveučilišta i Kazanskog saveznog sveučilišta. Prvi put u povijesti dobili su kvantne fenomene supravodljivosti i superfluidnosti na sobnoj temperaturi. Bio je to san istraživača diljem svijeta već desetljećima.
Također postoje mnoga otkrića napravljena učlanovi međunarodnih grupa. Na primjer, znanstvenici Instituta za fiziku čvrstog stanja nazvanog po Osipyan i Skoltech, zajedno s kolegama iz Princetona (SAD) i Instituta Walter Schottky (Njemačka), predložili su originalnu metodu za detekciju složenih kvantnih stanja - Majoranine modove. Znanstvenici već duže vrijeme pokušavaju otkriti te čestice, ali to je iznimno teško: nemaju naboj i spin. Potencijalna korist otkrića leži u korištenju jedinstvenih svojstava pri izradi kvantnog računala nove generacije (brzina izračuna je veća, utjecaj buke iz okoliša manji).
Jaka znanstvena škola razvija se tamo gdje je imakontinuiteta. U listopadu 2021. u MIPT-u se pojavila istraživačka jedinica, čiji će znanstveni direktor biti Andrei Geim, poznati fizičar i diplomant MIPT-a koji je zajedno s Konstantinom Novoselovim dobio Nobelovu nagradu za otkriće grafena. Laboratorij će se baviti mezofizikom—ili manifestacijom kvantno mehaničkih fenomena na makroskopskim razmjerima. Otkrića u ovom području mogu biti od velike praktične važnosti za razvoj mikroelektronike.
Fizika materijala
Sudjelovanje u ruskim znanstvenim projektimaNobelovci važan su strateški korak ka stvaranju privlačnog centra za mlade znanstvenike, gdje bi se koncentrirao intelektualni potencijal zemlje. To je ono što MIPT sada radi. Jedan od najcitiranijih fizičara našeg vremena, profesor na Sveučilištu u Manchesteru, nobelovac Konstantin Novoselov vodio je odjel Fizikotehničkog instituta usmjerenog na eksperimente s dvodimenzionalnim pametnim materijalima. Ovo je vrlo obećavajući smjer s velikim potencijalnim učinkom za mikroelektroniku i tehnologiju. Očekuje se da se takvi materijali mogu koristiti kao osnova neuromorfnih računala.
Također se bavi nanomaterijalima u RusijiInstitut Kurchatov. Nedavno su fizičari sintetizirali temeljno novu klasu tanke tvari - submonoslojne magnetske filmove. Imaju debljinu od jednog atoma, ali su jako ispražnjene. Ovo su najtanji umjetni magneti koji su ikad stvoreni u laboratoriju. Ovo otkriće može biti poticaj za razvoj spintronike (sustava koji koristi spin kao nositelj informacija u kvantnom računarstvu). U procesu istraživačkog rada, fizičari Kurčatovskog instituta surađivali su s Europskim centrom za sinkrotronska istraživanja, koji ima jedinstveni akcelerator koji omogućuje proučavanje svojstava nanotvari. To nas izravno dovodi do rasprave o stanju fizike akceleratora u Rusiji.
Nuklearna i akceleratorska fizika
Početkom 2021. dvamega-instalacije: najmoćniji svjetski istraživački reaktor visokog protoka neutrona PIK i fuzijski reaktor T-15MD (također poznat kao "Tokamak"). Uz njegovu pomoć ruski znanstvenici žele doći do otkrića koja će omogućiti stvaranje tehnologija za dvokomponentnu nuklearnu energiju. U Institutu Kurchatov nazivaju ih i "prirodnima", odnosno zatvorenim u sebe i prirodno ugrađenim u kruženje resursa okoliša.
Također, rade znanstvenici Instituta Kurchatovstvaranje nuklearnih elektrana male snage na bazi termoelektrika, koje praktički ne treba servisirati. Prototip instalacije, koji se može nazvati kompaktnom atomskom baterijom, radi već nekoliko desetljeća. Možda su ruski fizičari ti koji utiru put za stvaranje tehnologija koje mogu osigurati ljudski život na drugim planetima.
Unatoč prisutnosti u zemlji nekoliko instalacijasvjetske klase, novi akceleratori i reaktori nastaju rjeđe nego što sovjetsko nasljeđe zakaže. To je ozbiljan problem, jer se većina otkrića u fizici čestica i nuklearne fizike događa tijekom eksperimenata na takvim objektima.
“Tijekom proteklih 30 godina postojao je trend kasmanjenje udjela obavljenog rada u istraživačkim centrima Ruske Federacije. To je zbog nedostatka moderne eksperimentalne baze u zemlji. U pozadini općeg, rekao bih, depresivnog stanja fundamentalne znanosti u zemlji, usporeno je stvaranje velikih znanstvenih akceleratora. To je dovelo do značajnog zaostajanja u razvoju domaćih akceleratorskih tehnologija u nizu važnih područja, kao što su nuklearna medicina, znanost o materijalima i industrija poluvodiča, koji su danas ovisni o stranim dobavljačima”, rekao je akademik Boris Sharkov na nedavnom sastanak Ruske akademije znanosti.
Pozitivna strana situacije je ta što je razinaeksperimentalna baza može se podići, a u narednim godinama. 2022. godine NICA sudarač u Dubni bit će dovršen i lansiran. U Sarovu se stvara Nacionalni centar za fiziku i matematiku, gdje će se pojaviti još jedan sudarač, tvornica Super c-tau. Možda upravo uz njegovu pomoć ruski znanstvenici istražuju procese i pojave koji nadilaze "standardni model". Ali mogu ih preduhitriti: eksperimenti se svakodnevno provode na akceleratorima u svijetu, a znanstvenici su vrlo blizu otkrića koja će postaviti temelje "nove fizike".
U međuvremenu, ruski teoretski fizičari morajudoslovno kako bi uvjerio CERN da provodi eksperimente. Da biste to učinili, morate ih uvjeriti u potencijalnu primjenu otkrića. Sada to postiže Dmitry Karlovets, koji je matematički dokazao očuvanje neobičnog stanja "uvijanja" i svojstva vala u česticama pri velikim brzinama. Ranije su istraživači proučavali ta kvantna svojstva samo pri umjerenim energijama. Ima li tu ikakve praktične koristi veliko je pitanje, ali nisu svi probojni eksperimenti u povijesti fizike to postavili kao cilj. Znanje je uvijek bilo ključno.
Čitaj više
Hubble je snimio istu istu aktivnu galaksiju u razmaku od 20 godina
Astronomi su rekli gdje i kako nastaju zlato i platina u svemiru
Slušajte zvukove Marsa snimljene misijom Ustrajnost