Összetett rendszerek fizikája
A Nobel-bizottság gyakorlatilag nem kapcsolódott ehhez a tudományterülethez
„Egy szakadék szélén állunk” – mondta nemrégAntónio Guterres ENSZ-főtitkár. - Az átlaghőmérséklet már 1,2 °C-kal az iparosodás előtti időszak fölé emelkedett. Ez nagyon közel van a kritikus 1,5 °C-hoz. Ez az év döntő lesz. Ha kudarcot vallunk [a klímaszabályozásban és a zöld technológiákra való átállásban], nagy veszélyben leszünk.”
A közeljövőben volumennövekedésre számíthatunkkutatómunka a komplex rendszerek fizikája és az éghajlatfizika területén. A fő felfedezések ezen a területen évtizedekkel ezelőtt születtek. Például a 60-as években Shukuro Manabe készített egy eszköztárat az éghajlati rendszer modellezésére, tíz évvel később Klaus Hasselman összekapcsolta az időjárást és az éghajlatot. A díjat Andrej Monin szovjet fizikus, a geofizikai hidrodinamika egyik megalapítója oszthatta meg velük, amely utat nyitott a kutatások számára világszerte.
Most Oroszországban kevés olyan tudós van, akiéghajlati szempontból komplex rendszerek modellezésével foglalkoznak, és ezzel párhuzamosan nemzetközi elismertségre tesznek szert. Például Jevgenyij Volodin munkája, a Számítógépes Matematikai Intézetből. A Marchuk RAS néhány évvel ezelőtt része lett a nagyobb IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) modellnek. A tudományos közösségben az a vélemény, hogy most az orosz kutatás messze elmarad a nyugati tanulmányoktól, és egyszerűen nincsenek Nobel-díjas szakemberek az országban. Az okok az alulfinanszírozottság és a szakértelem csökkenése.
Oroszországban nincs külön globális intézmény,aki összetett rendszerek fizikájával foglalkozik. De vannak regionális kezdeményezések - például a "Komplex rendszerek fizikája" oktatási és tudományos központ, amelyet 2009-ben nyitottak meg Kazanyban. A mesterképzés az ISMANS (Franciaország) Mechanikai és Modern Anyagtudományi Problémaintézettel való tapasztalatcsere elve szerint valósul meg.
Az éghajlati modellek csak egygyakorlati szférák, amely a komplex rendszerek fizikája terén tett felfedezések gyümölcsét aratja. Így a harmadik Nobel-díjas Giorgio Parisi olyan matematikai minták felfedezéséért kapott díjat, amelyek összetett (kaotikus) anyagokban keletkeznek, ami lehetővé tette a tudósok számára, hogy számos különféle jelenséget írjanak le - nemcsak a fizikában, hanem a matematikában, a biológiában, az idegtudományban is. és a gépi tanulás. Ezen túlmenően munkája nagy segítséget jelentett a kvantumszámítógép megalkotásában.
Kvantumfizika
A kvantumszámítógép az egyik legerősebbalkalmazott eredmények. A legoptimistább becslések szerint néhány éven belül megjelennek Oroszországban, és egyelőre csak prototípusok léteznek a különböző típusú kvantumprocesszorokból. Ezek közé tartozik az első egyedi, öt qubites kvantumszámítási séma, amelyet a MIPT laboratóriumban hoztak létre.
2021-ben megjelent egy 20 ionos platform is,egy alternatív megközelítés a kvantumszámítógép létrehozásához, a "Nemzeti Kvantumlaboratórium". Oroszország számára mindkét esemény nagy áttörést jelent, de ennek ellenére ez jelentős lemaradás a világban, ahol már működik egy teljes értékű kvantumszámítógép 27 qubittel és egy 5000 qubites D-Wave gép a korlátozott számítástechnikára.
„A Gartner előrejelzései szerint a kvantumok valósággá válnaka többség számára már 2023-ban, és nem 20 év múlva, ahogy korábban gondoltuk” – jegyzi meg Elena Zislin, a JPMorgan Chase technológiai üzletfejlesztési részlegének alelnöke. — Két év múlva a világ cégeinek 20 százalékának lesz már projektje a kvantumszámítás területén. Összehasonlításképpen: ma ez csak 1%..
Kísérletek kvantumszámítógépek beépítéséreOroszország sok pénzt követel. De bizonyos kutatási területeket gyakran több intézet is végez. Nemzetközi csapatok tagjaként orosz tudósok több fontos felfedezésben is szerepet vállaltak. Például egy Skoltech kutatócsoport az IBM-mel feltalálta a kvantumkapcsolókat, egy olyan technológiát, amely megsokszorozza a kvantumszámítógép energiafogyasztását. Elméletileg ez lehetővé teszi a drága hűtőrendszerek használatának elkerülését, amelyek nagymértékben megnehezítik az eszköz működését.
Egy másiknak nagyjából ugyanaz a gyakorlati jelentése.felfedezések - az Orosz Quantum Center alkalmazottai a Moszkvai Állami Egyetem és a Kazanyi Szövetségi Egyetem munkatársaival. A történelem során először kaptak szobahőmérsékleten szupravezetés és szuperfolyékonyság kvantumjelenségeit. Ez a kutatók álma évtizedek óta világszerte.
Számos felfedezés is született bennenemzetközi csoportok összetételét. Például a Szilárdtestfizikai Intézet tudósai. Osipyan és Skoltech Princeton (USA) és a Walter Schottky Institute (Németország) kollégáival együtt egy eredeti módszert javasoltak az összetett kvantumállapotok – Majorana módusok – kimutatására. A tudósok már régóta próbálják kimutatni ezeket a részecskéket, de ez rendkívül nehéz: nincs töltésük és nincs pörgésük. A felfedezés potenciális haszna az egyedi tulajdonságok felhasználásában rejlik egy új generációs kvantumszámítógép létrehozásakor (nagyobb a számítási sebesség, kisebb a környezeti interferencia hatása).
Erős tudományos iskola alakul ki ott, ahol vanfolytonosság. 2021 októberében megjelent egy kutatóegység a MIPT-ben, ahol a tudományos igazgató Andrei Geim, a híres fizikus, a MIPT-ben végzett, Konstantin Novoszelovval együtt Nobel-díjat kapott a grafén felfedezéséért. A laboratórium a mezofizikával – vagy a kvantummechanikai jelenségek makroszkopikus léptékű megnyilvánulásával – fog foglalkozni. Az ezen a területen végzett felfedezések nagy gyakorlati jelentőséggel bírhatnak a mikroelektronika fejlődése szempontjából.
Anyagfizika
Részvétel orosz tudományos projektekbenA Nobel-díjasok fontos stratégiai lépés a fiatal tudósok vonzáskörzetének kialakítása felé, ahol az ország szellemi potenciálja koncentrálódna. Ezt csinálja most a MIPT. Korunk egyik legtöbbet idézett fizikusa, a Manchesteri Egyetem professzora, Konstantin Novoselov nobelista vezette a Phystech tanszéket, és a kétdimenziós intelligens anyagokkal végzett kísérletekkel foglalkozott. Ez egy nagyon ígéretes terület, amely nagy hatással lehet a mikroelektronika és a technológia számára. Az ilyen anyagok várhatóan felhasználhatók neuromorf számítógépek alapjául.
Oroszországban is foglalkozik nanoanyagokkalKurchatov Intézet. A közelmúltban a fizikusok a vékony anyag egy alapvetően új osztályát – az egyrétegű mágneses filmeket – szintetizálták. Egy atom vastagságúak, de nagy a kisülésük. Ezek a legvékonyabb mesterséges mágnesek, amelyeket valaha laboratóriumban készítettek. Ez a felfedezés összefüggésbe hozható a spintronika (olyan rendszer, amely a kvantumszámítástechnikában a spint információhordozóként használja) fejlődésében. A kutatómunka során a Kurchatov Intézet fizikusai együttműködtek az Európai Szinkrotronkutatási Központtal, ahol egyedülálló gyorsítóberendezés működik, amely lehetővé teszi a nanoanyagok tulajdonságainak tanulmányozását. Ezzel nagyon közel kerülünk ahhoz, hogy az oroszországi gyorsítófizika helyzetéről beszéljünk.
Atommag- és gyorsítófizika
2021 elején Oroszország kettőt indítottmegalétesítmények: a világ legerősebb nagy fluxusú kutatási neutronreaktora, PIK és a T-15MD fúziós reaktor (más néven Tokamak). Segítségével az orosz tudósok olyan felfedezéseket szeretnének tenni, amelyek lehetővé teszik a kétkomponensű atomenergia technológiák létrehozását. A Kurchatov Intézetben "természetszerűnek" is nevezik őket, vagyis magukba zártaknak és természetesen beépültek a környezet erőforrás-forgalmába.
Ezen kívül a Kurchatov Intézet tudósai is dolgoznakhőelektromos anyagok alapú kis teljesítményű atomerőművek létrehozása, amelyeket gyakorlatilag nem kell karbantartani. A kompakt atomelemnek nevezhető létesítmény prototípusa több évtizede működik. Talán az orosz fizikusok egyengetik az utat olyan technológiák létrehozása előtt, amelyek biztosítják az emberi életet más bolygókon.
Annak ellenére, hogy számos létesítmény van az országbanvilágszínvonalú, új gyorsítókat és reaktorokat ritkábban építenek, mint ahogy a szovjet örökség megbukik. Ez komoly probléma – elvégre a részecskefizika és a magfizika legtöbb felfedezése az ilyen létesítményeken végzett kísérletek során történik.
„Az elmúlt 30 évben volt egy tendencia afeléaz Orosz Föderáció kutatóközpontjaiban végzett munka arányának csökkentése. Ennek oka, hogy az országban nincs korszerű kísérleti bázis. A fundamentális tudomány általános, mondhatnám depresszív országos állapota hátterében lelassult a nagy tudományos gyorsítóberendezések létrehozása. Ez oda vezetett, hogy számos fontos területen, például a nukleáris medicinában, az anyagtudományban, a félvezetőiparban jelentős lemaradás tapasztalható a hazai gyorsítótechnológiák fejlesztésében, amelyek ma már külföldi beszállítóktól függenek” – mondta Boris akadémikus. Sharkov az Orosz Tudományos Akadémia legutóbbi ülésén.
A helyzet pozitív oldala, hogy a szinta kísérleti bázis emelhető, és a következő években. 2022-ben elkészül a NICA ütköző, amelyet Dubnában indítanak el. Szarovban felállítják az Országos Fizikai és Matematikai Központot, ahol egy újabb ütköző, a Super c-tau gyár jelenik meg. Talán az orosz tudósok segítségével tanulmányozzák azokat a folyamatokat és jelenségeket, amelyek túlmutatnak a "standard modellen". De megelőzhetik őket: a világon minden nap kísérleteket végeznek a gyorsítótelepeken, és a tudósok nagyon közel állnak azokhoz a felfedezésekhez, amelyek megalapozzák az "új fizika".
Eközben az orosz elméleti fizikusoknak muszájszó szerint ráveszi a CERN-t kísérletek elvégzésére. Ehhez meg kell győznie őket a felfedezés lehetséges hasznosságáról. Most ezt Dmitrij Karlovecnek sikerült elérnie, aki matematikailag bizonyította a szokatlan "csavarodás" állapotának megőrzését és a nagy sebességű részecskékben lévő hullámok tulajdonságait. Korábban a kutatók csak mérsékelt energiákon tanulmányozták ezeket a kvantumtulajdonságokat. Nagy kérdés, hogy van-e ebből gyakorlati haszna, de nem minden fizikatörténeti áttörést jelentő kísérlet ezt tűzte ki célul. Mindig is a megismerés volt a legfontosabb.
Olvass tovább
A Hubble ugyanarról az aktív galaxisról készített fotót 20 év különbséggel
A csillagászok elmondták, hol és hogyan keletkezik az arany és a platina az univerzumban
Hallja a Mars hangjait, amelyeket a Kitartás misszió rögzített