Fysikk av komplekse systemer
Nobelkomiteen inkluderte i dette vitenskapsområdet praktisk talt ubeslektet
"Vi er på kanten av en avgrunn," sa nyligFNs generalsekretær António Guterres. – Gjennomsnittstemperaturen har allerede steget 1,2 °C over den førindustrielle epoken. Dette er veldig nær den kritiske avlesningen på 1,5 ° C. Dette året blir avgjørende. Hvis vi mislykkes [i klimakontroll og overgangen til grønne teknologier], vil vi være i stor fare."
I nær fremtid kan vi forvente en økning i volumeneforskningsarbeid innen fysikk av komplekse systemer og klimafysikk. De viktigste funnene i dette området ble gjort for flere tiår siden. For eksempel, på 60-tallet laget Shukuro Manabe et verktøysett for modellering av klimasystemet, ti år senere koblet Klaus Hasselman vær og klima. Prisen kunne deles med dem av den sovjetiske fysikeren Andrei Monin, en av grunnleggerne av geofysisk hydrodynamikk, som banet vei for forskning over hele verden.
Nå i Russland er det få forskere somer engasjert i å modellere komplekse systemer klimamessig og samtidig oppnå internasjonal anerkjennelse. For eksempel arbeidet til Evgeny Volodin fra Institute of Computational Mathematics. Marchuk RAS ble en del av den større IPCC-modellen (Intergovernmental Panel on Climate Change) for flere år siden. I det vitenskapelige miljøet er det en oppfatning at nå ligger russisk forskning langt bak vestlige studier, og det finnes rett og slett ingen spesialister på nivå med nobelprisvinnere i landet. Årsakene er underfinansiering og nedgang i kompetanse.
Det er ingen egen global institusjon i Russland,som tar for seg fysikken til komplekse systemer. Men det er regionale initiativer - for eksempel det pedagogiske og vitenskapelige senteret "Physics of Complex Systems", åpnet i 2009 i Kazan. Masterprogrammet gjennomføres i henhold til prinsippet om erfaringsutveksling med Institute for Problems of Mechanics and Modern Materials Science ISMANS (Frankrike).
Klimamodeller er bare en av depraktiske sfærer, som høster fruktene av oppdagelser innen fysikk av komplekse systemer. Dermed mottok den tredje nobelprisvinneren Giorgio Parisi en pris for oppdagelsen av matematiske mønstre som oppstår i komplekse (kaotiske) materialer, som gjorde det mulig for forskere å beskrive mange forskjellige fenomener - ikke bare innen fysikk, men også innen matematikk, biologi, nevrovitenskap, og maskinlæring. I tillegg var arbeidet hans svært nyttig for å lage en kvantedatamaskin.
Kvantefysikken
En kvantedatamaskin er en av de kraftigsteanvendte prestasjoner. I følge de mest optimistiske estimatene vil de dukke opp i Russland om noen år, og foreløpig er det bare prototyper av forskjellige typer kvanteprosessorer. Disse inkluderer den første unike fem-qubit-ordningen for kvanteberegning, opprettet ved MIPT-laboratoriet.
En 20-ion plattform dukket også opp i 2021,en alternativ tilnærming til å lage en kvantedatamaskin, "National Quantum Laboratory". For Russland er begge hendelsene et stort gjennombrudd, men ikke desto mindre er dette et betydelig etterslep i verden, der det allerede er en fullverdig kvantedatamaskin med 27 qubits og en 5000-qubit D-Wave-maskin for begrenset databehandling.
«Ifølge Gartner vil kvanter bli en realitetfor flertallet allerede i 2023, og ikke om 20 år, som tidligere antatt», bemerker Elena Zislin, visepresident for JPMorgan Chases Technology Business Development. — Om to år vil 20 % av selskapene i verden allerede ha prosjekter innen kvanteberegning. Til sammenligning er det i dag bare 1 %.».
Eksperimenter for å bygge kvantedatamaskiner iRussland krever mye penger. Men enkelte forskningsområder utføres ofte av flere institutter. Som en del av internasjonale team har russiske forskere hatt en finger med i flere viktige funn. For eksempel oppfant en Skoltech-forskningsgruppe med IBM kvantesvitsjer, en teknologi som multipliserer energiforbruket til en kvantedatamaskin. I teorien vil dette tillate å unngå bruk av dyre kjølesystemer, som i stor grad kompliserer driften av enheten.
En annen har omtrent samme praktiske betydning.funn - ansatte ved det russiske kvantesenteret med kolleger fra Moscow State University og Kazan Federal University. For første gang i historien oppnådde de kvantefenomener med superledning og superfluiditet ved romtemperatur. Dette har vært drømmen til forskere over hele verden i flere tiår.
Det er også gjort mange funn isammensetningen av internasjonale grupper. For eksempel forskere fra Institute of Solid State Physics. Osipyan og Skoltech, sammen med kolleger fra Princeton (USA) og Walter Schottky Institute (Tyskland), foreslo en original metode for å oppdage komplekse kvantetilstander - Majorana-moduser. Forskere har prøvd å oppdage disse partiklene i lang tid, men det er ekstremt vanskelig: de har ingen ladning og ingen spinn. Den potensielle fordelen med oppdagelsen ligger i bruken av unike egenskaper når du lager en kvantedatamaskin av en ny generasjon (beregningshastigheten er høyere, effekten av miljøinterferens er mindre).
En sterk vitenskapelig skole utvikler seg der det erkontinuitet. I oktober 2021 dukket det opp en forskningsenhet ved MIPT, der den vitenskapelige lederen vil være Andrei Geim, en kjent fysiker og MIPT-utdannet som mottok Nobelprisen for oppdagelsen av grafen sammen med Konstantin Novoselov. Laboratoriet vil ta for seg mesofysikk - eller manifestasjonen av kvantemekaniske fenomener på makroskopiske skalaer. Funn på dette området kan ha stor praktisk betydning for utviklingen av mikroelektronikk.
Fysikk av materialer
Engasjement i russiske vitenskapelige prosjekterNobelprisvinnere er et viktig strategisk skritt mot å skape et attraksjonssenter for unge forskere, hvor landets intellektuelle potensial vil bli konsentrert. Dette er hva MIPT gjør nå. En av de mest siterte fysikerne i vår tid, professor ved University of Manchester, nobelist Konstantin Novoselov ledet avdelingen for Phystech, fokusert på eksperimenter med todimensjonale smarte materialer. Dette er et svært lovende område med stor potensiell effekt for mikroelektronikk og teknologi. Det forventes at slike materialer kan brukes som grunnlag for nevromorfe datamaskiner.
Også engasjert i nanomaterialer i RusslandKurchatov-instituttet. Nylig har fysikere syntetisert en fundamentalt ny klasse av tynn materie - submonolayer magnetiske filmer. De er ett atom tykke, men veldig utladet. Dette er de tynneste kunstige magnetene som noen gang er laget i et laboratorium. Denne oppdagelsen kan være assosiert med en drivkraft i utviklingen av spintronikk (et system som bruker spinn som en bærer av informasjon i kvanteberegning). I løpet av sitt forskningsarbeid samarbeidet fysikere ved Kurchatov-instituttet med European Centre for Synchrotron Research, hvor det er et unikt akseleratoranlegg som gjør det mulig å studere egenskapene til nanomateriale. Dette bringer oss veldig nærme å snakke om tilstanden til akseleratorfysikk i Russland.
Kjernefysikk og akseleratorfysikk
I begynnelsen av 2021 lanserte Russland tomega-anlegg: verdens kraftigste høyflux forskningsnøytronreaktor PIK og T-15MD termonukleær reaktoren (også kjent som Tokamak). Med dens hjelp ønsker russiske forskere å gjøre funn som vil gjøre det mulig å lage teknologier for to-komponent kjernekraft. Ved Kurchatov-instituttet kalles de også "naturlignende", det vil si lukket for seg selv og naturlig innebygd i ressurssirkulasjonen til miljøet.
Også forskere fra Kurchatov-instituttet jobber medopprettelse av lavkrafts atomkraftverk basert på termoelektriske materialer, som praktisk talt ikke trenger å betjenes. Prototypen av anlegget, som kan kalles et kompakt atombatteri, har vært i drift i flere tiår. Kanskje er det russiske fysikere som baner vei for å skape teknologier som kan sikre menneskeliv på andre planeter.
Til tross for tilstedeværelsen av flere installasjoner i landetnye akseleratorer og reaktorer i verdensklasse bygges sjeldnere enn den sovjetiske arven svikter. Dette er et alvorlig problem – tross alt skjer de fleste funnene innen partikkelfysikk og kjernefysikk under eksperimenter på slike anlegg.
«I løpet av de siste 30 årene har det vært en trend motreduksjon i andelen arbeid utført i forskningssentre i Den russiske føderasjonen. Dette skyldes mangelen på en moderne forsøksbase i landet. På bakgrunn av den generelle, vil jeg si, depressive tilstanden til grunnleggende vitenskap i landet, har etableringen av store vitenskapelige akseleratorinstallasjoner bremset opp. Dette førte til det faktum at det har vært et betydelig etterslep i utviklingen av innenlandske akseleratorteknologier på en rekke viktige områder, som nukleærmedisin, materialvitenskap, halvlederindustrien, som nå er avhengig av utenlandske leverandører, sier akademiker Boris Sharkov. sa på et nylig møte i det russiske vitenskapsakademiet.
Den positive siden av situasjonen er at nivåetforsøksgrunnlaget kan heves, og i årene som kommer. I 2022 vil NICA-kollideren være ferdigstilt og lansert i Dubna. Nasjonalt senter for fysikk og matematikk blir satt opp i Sarov, hvor en annen kolliderer, Super c-tau-fabrikken, vil dukke opp. Kanskje er det med dens hjelp at russiske forskere studerer prosesser og fenomener som går utover "standardmodellen". Men de kan komme i forkant: I verden utføres eksperimenter hver dag ved akseleratorinstallasjoner, og forskerne er svært nære oppdagelser som vil legge grunnlaget for den «nye fysikken».
I mellomtiden må russiske teoretiske fysikerebokstavelig talt å overtale CERN til å utføre eksperimenter. For å gjøre dette må du overbevise dem om den potensielle nytten av oppdagelsen. Nå er dette oppnådd av Dmitry Karlovets, som matematisk beviste bevaringen av den uvanlige tilstanden "vridning" og egenskapene til bølgen i partikler ved høye hastigheter. Tidligere studerte forskere kun disse kvanteegenskapene ved moderate energier. Hvorvidt det er noen praktisk fordel her er et stort spørsmål, men ikke alle banebrytende eksperimenter i fysikkens historie setter det som mål. Kognisjon har alltid vært hovedsaken.
Les mer
Hubble tok et bilde av den samme aktive galaksen med 20 års mellomrom
Astronomer fortalte hvor og hvordan gull og platina dannes i universet
Hør lydene fra Mars som er spilt inn av perseverance -oppdraget