Sudėtingų sistemų fizika
Nobelio komitetas įtraukė į šią mokslo sritį praktiškai nesusijusią
„Esame ant bedugnės krašto“, – neseniai pasakėJT generalinis sekretorius António Guterres. – Vidutinė temperatūra jau pakilo 1,2 °C virš priešindustrinės eros. Tai labai artima kritiniam 1,5 °C rodmeniui. Šie metai bus lemiami. Jei mums nepavyks [klimato kontrolės ir perėjimo prie žaliųjų technologijų], mums iškils didelis pavojus.
Artimiausiu metu galime tikėtis apimčių padidėjimomoksliniai tyrimai kompleksinių sistemų fizikos ir klimato fizikos srityse. Pagrindiniai atradimai šioje srityje buvo padaryti prieš dešimtmečius. Pavyzdžiui, septintajame dešimtmetyje Shukuro Manabe sukūrė priemonių rinkinį klimato sistemos modeliavimui, o po dešimties metų Klausas Hasselmanas susiejo orą ir klimatą. Su jais apdovanojimą galėtų pasidalinti sovietų fizikas Andrejus Moninas, vienas iš geofizinės hidrodinamikos, atvėrusios kelią tyrimams visame pasaulyje, įkūrėjų.
Dabar Rusijoje yra nedaug mokslininkų, kurieužsiima sudėtingų sistemų modeliavimu klimato požiūriu ir tuo pačiu pelno pripažinimą tarptautiniu lygiu. Pavyzdžiui, Jevgenijaus Volodino iš Kompiuterinės matematikos instituto darbas. Marchuk RAS prieš keletą metų tapo didesnio IPCC (Tarpvyriausybinės klimato kaitos komisijos) modelio dalimi. Mokslo bendruomenėje vyrauja nuomonė, kad dabar Rusijos tyrimai gerokai atsilieka nuo Vakarų studijų, o Nobelio premijos laureatų lygio specialistų šalyje tiesiog nėra. Priežastys – nepakankamas finansavimas ir kompetencijos mažėjimas.
Rusijoje nėra atskiros pasaulinės institucijos,kuris nagrinėja sudėtingų sistemų fiziką. Tačiau yra ir regioninių iniciatyvų – pavyzdžiui, 2009 metais Kazanėje atidarytas švietimo ir mokslo centras „Sudėtingų sistemų fizika“. Magistrantūros programa vykdoma pagal patirties mainų principą su Mechanikos ir šiuolaikinės medžiagų mokslo problemų institutu ISMANS (Prancūzija).
Klimato modeliai yra tik vienas išpraktinėse srityse, o tai skina atradimų vaisius sudėtingų sistemų fizikos srityje. Taigi, trečiasis Nobelio premijos laureatas Giorgio Parisi gavo apdovanojimą už matematinių dėsnių, atsirandančių sudėtingose (chaotiškose) medžiagose, atradimą, leidusį mokslininkams apibūdinti daugybę skirtingų reiškinių – ne tik fizikos, bet ir matematikos, biologijos, neurologijos srityse, ir mašininis mokymasis. Be to, jo darbas labai padėjo kuriant kvantinį kompiuterį.
Kvantinė fizika
Kvantinis kompiuteris yra vienas galingiausiųtaikomų pasiekimų. Optimistiškiausiais vertinimais, Rusijoje jie pasirodys po kelerių metų, o kol kas yra tik įvairių tipų kvantinių procesorių prototipai. Tai yra pirmoji unikali penkių kubitų schema kvantiniam skaičiavimui, sukurta MIPT laboratorijoje.
20 jonų platforma taip pat pasirodė 2021 m.alternatyvus požiūris į kvantinio kompiuterio kūrimą „Nacionalinė kvantinė laboratorija“. Rusijai abu įvykiai yra didelis proveržis, tačiau nepaisant to, tai yra didelis atsilikimas pasaulyje, kuriame jau veikia pilnavertis kvantinis kompiuteris su 27 kubitais ir 5000 kubitų D-Wave mašina, skirta ribotiems skaičiavimams.
„Pasak Gartnerio, kvantai taps realybedaugumai jau 2023 m., o ne po 20 metų, kaip manyta anksčiau“, – pažymi Elena Zislin, JPMorgan Chase technologijų verslo plėtros viceprezidentė. — Po dvejų metų 20% įmonių pasaulyje jau turės projektų kvantinės kompiuterijos srityje. Palyginimui, šiandien tai tik 1 proc..
Kvantinių kompiuterių kūrimo eksperimentaiRusija reikalauja daug pinigų. Tačiau tam tikras tyrimų sritis dažnai atlieka keli institutai. Būdami tarptautinių grupių dalimi, Rusijos mokslininkai prisidėjo prie kelių svarbių atradimų. Pavyzdžiui, Skoltech tyrimų grupė su IBM išrado kvantinius jungiklius – technologiją, kuri dramatiškai sumažina kvantinio kompiuterio energijos sąnaudas. Teoriškai tai leis išvengti brangių aušinimo sistemų naudojimo, kurios labai apsunkina įrenginio veikimą.
Kitas turi maždaug tą pačią praktinę reikšmę.atradimų – Rusijos kvantinio centro darbuotojai su kolegomis iš Maskvos valstybinio universiteto ir Kazanės federalinio universiteto. Pirmą kartą istorijoje jie gavo kvantinius superlaidumo ir supertakumo reiškinius kambario temperatūroje. Tai jau dešimtmečius svajojo viso pasaulio tyrinėtojai.
Taip pat yra daug atradimųtarptautinių grupių kompozicijos. Pavyzdžiui, Kietojo kūno fizikos instituto mokslininkai. Osipyanas ir Skoltechas kartu su kolegomis iš Prinstono (JAV) ir Walterio Šotkio instituto (Vokietija) pasiūlė originalų sudėtingų kvantinių būsenų aptikimo metodą – Majoranos režimus. Mokslininkai jau seniai bandė aptikti šias daleles, tačiau tai nepaprastai sunku: jos neturi krūvio ir sukimosi. Galima atradimo nauda slypi unikalių savybių panaudojime kuriant naujos kartos kvantinį kompiuterį (didesnis skaičiavimo greitis, mažesnis aplinkos trukdžių poveikis).
Stipri mokslinė mokykla vystosi ten, kur yratęstinumą. 2021 m. spalį MIPT atsirado tyrimų padalinys, kurio moksliniu vadovu bus Andrejus Geimas – garsus fizikas ir MIPT absolventas, kartu su Konstantinu Novoselovu gavęs Nobelio premiją už grafeno atradimą. Laboratorijoje bus nagrinėjama mezofizika arba kvantinių mechaninių reiškinių pasireiškimas makroskopinėse skalėse. Šios srities atradimai gali turėti didelę praktinę reikšmę mikroelektronikos plėtrai.
Medžiagų fizika
Dalyvavimas Rusijos moksliniuose projektuoseNobelio premijos laureatai – svarbus strateginis žingsnis kuriant jaunųjų mokslininkų traukos centrą, kuriame būtų sutelktas intelektinis šalies potencialas. Tai dabar daro MIPT. Vienas iš labiausiai cituojamų šių laikų fizikų, Mančesterio universiteto profesorius, nobelistas Konstantinas Novoselovas vadovavo fizikos katedrai, daugiausia dėmesio skyręs eksperimentams su dvimatėmis išmaniosiomis medžiagomis. Tai labai perspektyvi sritis, turinti didelį potencialą mikroelektronikai ir technologijoms. Tikimasi, kad tokios medžiagos gali būti naudojamos kaip neuromorfinių kompiuterių pagrindas.
Taip pat užsiima nanomedžiagų gamyba RusijojeKurchatovo institutas. Neseniai fizikai susintetino iš esmės naują plonosios medžiagos klasę – submonosluoksnes magnetines plėveles. Jie yra vieno atomo storio, bet labai išsikrovę. Tai yra ploniausi dirbtiniai magnetai, kada nors sukurti laboratorijoje. Šis atradimas gali būti susijęs su impulsu plėtojant spintroniką (sistemą, kuri naudoja sukinį kaip informacijos nešiklį kvantiniame skaičiavime). Kurchatovo instituto fizikai bendradarbiavo su Europos sinchrotronų tyrimų centru, kur yra unikalus greitintuvas, leidžiantis tirti nanomedžiagos savybes. Tai priartina mus prie pokalbio apie greitintuvo fizikos būklę Rusijoje.
Branduolinė ir greitintuvo fizika
2021 metų pradžioje Rusija paleido dvimega-instaliacijos: galingiausias pasaulyje didelio srauto tyrimų neutronų reaktorius PIK ir termobranduolinis reaktorius T-15MD (taip pat žinomas kaip Tokamak). Su jo pagalba Rusijos mokslininkai nori padaryti atradimų, kurie leistų sukurti dvikomponentės atominės energijos technologijas. Kurchatovo institute jie dar vadinami „panašiais į gamtą“, tai yra, užsidarę savyje ir natūraliai įterpti į aplinkos išteklių apyvartą.
Taip pat dirba Kurchatovo instituto mokslininkaitermoelektrinių medžiagų pagrindu sukurtų mažos galios atominių elektrinių kūrimas, kurių praktiškai nereikia aptarnauti. Įrenginio prototipas, kurį galima pavadinti kompaktiška atomine baterija, veikia jau kelis dešimtmečius. Galbūt būtent rusų fizikai tiesia kelią technologijų, galinčių užtikrinti žmogaus gyvybę kitose planetose, kūrimui.
Nepaisant to, kad šalyje yra keletas įrenginiųpasaulinio lygio, nauji greitintuvai ir reaktoriai statomi rečiau, nei žlunga sovietinis palikimas. Tai rimta problema – juk dauguma dalelių fizikos ir branduolinės fizikos atradimų atsiranda atliekant eksperimentus tokiuose objektuose.
„Per pastaruosius 30 metų pastebima tendencijaRusijos Federacijos tyrimų centruose atliekamo darbo dalies sumažinimas. Taip yra dėl to, kad šalyje nėra modernios eksperimentinės bazės. Atsižvelgiant į bendrą, sakyčiau, depresinę fundamentinio mokslo būklę šalyje, sulėtėjo didelių mokslo akceleratorių instaliacijų kūrimas. Tai lėmė tai, kad daugelyje svarbių sričių, tokių kaip branduolinė medicina, medžiagų mokslas, puslaidininkių pramonė, kurios dabar priklausomos nuo užsienio tiekėjų, smarkiai atsiliko vietinių greitintuvų technologijų plėtra“, – sakė akademikas Borisas Šarkovas. sakė neseniai vykusiame Rusijos mokslų akademijos posėdyje.
Teigiama situacijos pusė ta, kad lygiseksperimentinė bazė gali būti pakelta, o per ateinančius metus. 2022 metais Dubnoje bus baigtas ir paleistas greitintuvas NICA. Sarove kuriamas Nacionalinis fizikos ir matematikos centras, kuriame atsiras dar vienas greitintuvas – Super c-tau gamykla. Galbūt būtent jos pagalba Rusijos mokslininkai tiria procesus ir reiškinius, kurie peržengia „standartinį modelį“. Tačiau jie gali juos aplenkti: pasaulyje eksperimentai vyksta kiekvieną dieną greitintuvų įrenginiuose, o mokslininkai yra labai arti atradimų, kurie padės „naujosios fizikos“ pamatą.
Tuo tarpu Rusijos teoriniai fizikai turitiesiogine prasme įtikino CERN atlikti eksperimentus. Norėdami tai padaryti, turite įtikinti juos galimu atradimo naudingumu. Dabar tai pasiekė Dmitrijus Karlovecas, matematiškai įrodęs neįprastos „sukimo“ būsenos ir bangos savybių išsaugojimą dalelėse dideliu greičiu. Anksčiau mokslininkai šias kvantines savybes tyrė tik esant vidutinei energijai. Ar čia yra kokios nors praktinės naudos – didelis klausimas, tačiau ne visi proveržio fizikos istorijoje eksperimentai iškelia tai kaip savo tikslą. Pažinimas visada buvo pagrindinis dalykas.
Skaityti daugiau
Hablas nufotografavo tą pačią aktyvią galaktiką 20 metų
Astronomai pasakojo, kur ir kaip visatoje susidaro auksas ir platina
Išgirskite Marso garsus, užfiksuotus atkaklumo misijos