Física de sistemas complexos
O Comitê Nobel incluiu nesta área da ciência praticamente não relacionada
“Estamos à beira de um abismo”, disse recentementeSecretário-Geral da ONU, António Guterres. - A temperatura média já subiu 1,2 ° C acima da era pré-industrial. Isso está muito próximo da leitura crítica de 1,5 ° C. Este ano será decisivo. Se falharmos [no controle do clima e na transição para tecnologias verdes], estaremos em grande perigo ”.
Em um futuro próximo, podemos esperar um aumento nos volumestrabalhos de investigação no domínio da física de sistemas complexos e física do clima. As principais descobertas nesta área foram feitas há décadas. Por exemplo, na década de 60, Shukuro Manabe criou um kit de ferramentas para modelar o sistema climático; dez anos depois, Klaus Hasselman relacionou tempo e clima. O prêmio poderia ser compartilhado com eles pelo físico soviético Andrei Monin, um dos fundadores da hidrodinâmica geofísica, que abriu caminho para pesquisas em todo o mundo.
Agora, na Rússia, existem poucos cientistas queestão engajados na modelagem de sistemas complexos em termos de clima e ao mesmo tempo ganhando reconhecimento em nível internacional. Por exemplo, o trabalho de Evgeny Volodin do Institute of Computational Mathematics. Marchuk RAS tornou-se parte do modelo maior do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas) há vários anos. Há uma opinião na comunidade científica de que agora a pesquisa russa está muito aquém dos estudos ocidentais, e simplesmente não há especialistas ao nível de ganhadores do Nobel no país. Os motivos são o subfinanciamento e o declínio da especialização.
Não existe uma instituição global separada na Rússia,que lida com a física de sistemas complexos. Mas há iniciativas regionais - por exemplo, o centro educacional e científico "Física de Sistemas Complexos", inaugurado em 2009 em Kazan. O programa de mestrado é implementado de acordo com o princípio de troca de experiências com o Instituto de Problemas de Mecânica e Ciência dos Materiais Modernos ISMANS (França).
Os modelos climáticos são apenas um dosesferas práticas, que está colhendo os frutos das descobertas no campo da física de sistemas complexos. Assim, o terceiro ganhador do Prêmio Nobel, Giorgio Parisi, recebeu um prêmio pela descoberta de leis matemáticas que surgem em materiais complexos (caóticos), que permitiram aos cientistas descrever muitos fenômenos diferentes - não apenas na física, mas também na matemática, biologia, neurociência, e aprendizado de máquina. Além disso, seu trabalho foi muito útil na criação de um computador quântico.
A física quântica
Um computador quântico é um dos mais poderososrealizações aplicadas. De acordo com as estimativas mais otimistas, eles aparecerão na Rússia em alguns anos, e até agora só existem protótipos de diferentes tipos de processadores quânticos. Isso inclui o primeiro esquema exclusivo de cinco qubit para computação quântica, criado no laboratório MIPT.
Uma plataforma de 20 íons também apareceu em 2021,uma abordagem alternativa para a criação de um computador quântico, "National Quantum Laboratory". Para a Rússia, ambos os eventos são um grande avanço, mas, no entanto, este é um atraso significativo no mundo, onde já existe um computador quântico completo com 27 qubits e uma máquina D-Wave de 5000 qubit para cálculos limitados está funcionando.
“De acordo com o Gartner, quants se tornarão uma realidadepara a maioria já em 2023, e não em 20 anos, como se pensava anteriormente”, observa Elena Zislin, vice-presidente de Desenvolvimento de Negócios Tecnológicos do JPMorgan Chase. — Em dois anos, 20% das empresas no mundo já terão projetos na área de computação quântica. Para efeito de comparação, hoje é apenas 1%.”.
Experimentos para construir computadores quânticos emA Rússia está exigindo muito dinheiro. Mas certas áreas de pesquisa são freqüentemente realizadas por vários institutos. Como parte de grupos internacionais, os cientistas russos participaram de várias descobertas importantes. Por exemplo, um grupo de pesquisa Skoltech com a IBM inventou interruptores quânticos - uma tecnologia que reduz drasticamente o consumo de energia de um computador quântico. Em tese, isso permitirá evitar o uso de sistemas de refrigeração caros, que dificultam muito o funcionamento do aparelho.
Outro tem quase o mesmo significado prático.descobertas - funcionários do Russian Quantum Center com colegas da Moscow State University e da Kazan Federal University. Pela primeira vez na história, eles obtiveram fenômenos quânticos de supercondutividade e superfluidez à temperatura ambiente. Esse tem sido o sonho de pesquisadores de todo o mundo há décadas.
Também existem muitas descobertas feitas emas composições de grupos internacionais. Por exemplo, cientistas do Instituto de Física do Estado Sólido. Osipyan e Skoltech, juntamente com colegas de Princeton (EUA) e do Instituto Walter Schottky (Alemanha), propuseram um método original para detectar estados quânticos complexos - modos Majorana. Os cientistas vêm tentando detectar essas partículas há muito tempo, mas é extremamente difícil: elas não têm carga e nem spin. O benefício potencial da descoberta está no uso de propriedades únicas ao criar um computador quântico de uma nova geração (a velocidade de computação é maior, o efeito da interferência ambiental é menor).
Uma escola científica forte se desenvolve onde hácontinuidade. Em outubro de 2021, surgiu uma unidade de pesquisa no MIPT, onde o diretor científico será Andrei Geim, um famoso físico e graduado do MIPT que recebeu o Prêmio Nobel pela descoberta do grafeno junto com Konstantin Novoselov. O laboratório tratará da mesofísica – ou da manifestação de fenômenos da mecânica quântica em escalas macroscópicas. As descobertas nesta área podem ser de grande importância prática para o desenvolvimento da microeletrônica.
Física dos materiais
Envolvimento em projetos científicos russosO prêmio Nobel é um importante passo estratégico para a criação de um centro de atração para jovens cientistas, onde se concentraria o potencial intelectual do país. É isso que o MIPT está fazendo agora. Um dos físicos mais citados de nosso tempo, professor da Universidade de Manchester, o nobelista Konstantin Novoselov chefiou o departamento da Phystech, voltado para experimentos com materiais inteligentes bidimensionais. Esta é uma área muito promissora com grande potencial de efeito para microeletrônica e tecnologia. Espera-se que tais materiais possam ser usados como base para computadores neuromórficos.
Também envolvido com nanomateriais na RússiaInstituto Kurchatov. Os físicos recentemente sintetizaram uma classe fundamentalmente nova de matéria fina - os filmes magnéticos de submonocamada. Eles têm a espessura de um átomo, mas são muito descarregados. Esses são os ímãs artificiais mais finos já criados em um laboratório. Essa descoberta pode estar associada a um impulso no desenvolvimento da spintrônica (um sistema que usa o spin como portador de informações na computação quântica). No processo de trabalho de investigação, físicos do Instituto Kurchatov colaboraram com o Centro Europeu de Pesquisa Síncrotron, onde existe um acelerador único que permite estudar as propriedades do nanomaterial. Isso nos deixa muito perto de falar sobre o estado da física dos aceleradores na Rússia.
Física nuclear e aceleradora
No início de 2021, a Rússia lançou doisMega-usinas: o reator de nêutrons de pesquisa de alto fluxo mais poderoso do mundo PIK e o reator termonuclear T-15MD (também conhecido como Tokamak). Com a sua ajuda, os cientistas russos querem fazer descobertas que tornem possível criar tecnologias para a energia nuclear de dois componentes. No Instituto Kurchatov, eles também são chamados de "parecidos com a natureza", ou seja, fechados sobre si mesmos e integrados naturalmente à circulação de recursos do meio ambiente.
Além disso, cientistas do Instituto Kurchatov estão trabalhando emcriação de usinas nucleares de baixa potência a partir de materiais termelétricos, que praticamente não precisam de manutenção. O protótipo da instalação, que pode ser chamada de bateria atômica compacta, está em operação há várias décadas. Talvez sejam os físicos russos que estão abrindo caminho para a criação de tecnologias que podem garantir a vida humana em outros planetas.
Apesar da presença de várias instalações no paísNovos aceleradores e reatores de classe mundial são construídos com menos frequência do que o legado soviético falha. Este é um problema sério - afinal, a maioria das descobertas em física de partículas e física nuclear ocorre durante experimentos nessas instalações.
“Nos últimos 30 anos, tem havido uma tendência deredução na parcela de trabalho realizado em centros de pesquisa da Federação Russa. Isso se deve à falta de uma base experimental moderna no país. No contexto do geral, eu diria, do estado depressivo da ciência fundamental no país, a criação de grandes instalações de aceleradores científicos desacelerou. Isso levou ao fato de que houve um atraso significativo no desenvolvimento de tecnologias de aceleradores domésticos em uma série de áreas importantes, como medicina nuclear, ciência de materiais, indústria de semicondutores, que agora dependem de fornecedores estrangeiros ", disse o acadêmico Boris Sharkov. disse em uma reunião recente da Academia Russa de Ciências.
O lado positivo da situação é que o nívela base experimental pode ser levantada, e nos próximos anos. Em 2022, o colisor NICA será concluído e lançado em Dubna. O Centro Nacional de Física e Matemática está sendo instalado em Sarov, onde aparecerá outro colisor, o Super c-tau Factory. Talvez seja com a ajuda dela que os cientistas russos estudem processos e fenômenos que vão além do "modelo padrão". Mas eles podem ir à frente deles: no mundo, todos os dias são feitos experimentos em instalações de aceleradores, e os cientistas estão muito próximos das descobertas que vão lançar as bases da "nova física".
Nesse ínterim, os físicos teóricos russos precisamliteralmente persuadindo o CERN a conduzir experimentos. Para fazer isso, você precisa convencê-los da utilidade potencial da descoberta. Agora, isso é conseguido por Dmitry Karlovets, que matematicamente provou a preservação do estado incomum de "torção" e as propriedades da onda em partículas em altas velocidades. Anteriormente, os pesquisadores apenas estudavam essas propriedades quânticas com energias moderadas. Se há algum benefício prático aqui é uma grande questão, mas nem todos os experimentos revolucionários na história da física o definem como seu objetivo. A cognição sempre foi o principal.
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