Fysik i komplexa system
Nobelkommittén inkluderade i detta område av vetenskap praktiskt taget orelaterade
"Vi är på randen av en avgrund," denFN:s generalsekreterare António Guterres. – Medeltemperaturen har redan stigit 1,2°C över vad den var under den förindustriella eran. Detta är mycket nära de kritiska 1,5°C. Detta år kommer att bli avgörande. Om vi misslyckas [i klimatkontroll och övergång till grön teknik], kommer vi att vara i stor fara."
Vi kan förvänta oss en volymökning inom en snar framtidforskningsarbete inom området fysik av komplexa system och klimatfysik. De viktigaste upptäckterna i detta område gjordes för decennier sedan. Till exempel, på 1960-talet skapade Shukuro Manabe en verktygslåda för att modellera klimatsystemet; tio år senare kopplade Klaus Hasselmann samman väder och klimat. Priset kunde delas med dem av den sovjetiske fysikern Andrey Monin, en av grundarna av geofysisk hydrodynamik, som banade väg för forskning runt om i världen.
Nu i Ryssland finns det få forskare somsysslar med att modellera komplexa system vad gäller klimat och får samtidigt erkännande på internationell nivå. Till exempel arbetet av Evgeny Volodin från Institute of Computational Mathematics. Marchuk RAS blev en del av den större modellen IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) för några år sedan. Det finns en åsikt i vetenskapssamfundet att nu ligger rysk forskning långt efter västerländskt arbete, och det finns helt enkelt inga specialister på nivå med Nobelpristagare i landet. Orsakerna är underfinansiering och nedgången i kompetens.
Det finns ingen separat global institution i Ryssland,hantera komplexa systems fysik. Men det finns regionala initiativ - till exempel det utbildnings- och vetenskapliga centret "Physics of Complex Systems", öppnade 2009 i Kazan. Masterprogrammet genomförs enligt principen om erfarenhetsutbyte med Institutet för problem i mekanik och modern materialvetenskap ISMANS (Frankrike).
Klimatmodeller är bara en avpraktiska områden, som skördar frukterna av upptäckter inom fysikområdet för komplexa system. Så den tredje nobelpristagaren Giorgio Parisi fick ett pris för upptäckten av matematiska mönster som uppstår i komplexa (kaotiska) material, vilket gjorde det möjligt för forskare att beskriva många olika fenomen - inte bara inom fysik, utan också inom matematik, biologi, neurovetenskap, maskin. inlärning. Dessutom var hans arbete mycket användbart för att skapa en kvantdator.
Kvantfysik
Kvantdatorn är en av de mest kraftfullatillämpade prestationer. Enligt de mest optimistiska uppskattningarna kommer de att dyka upp i Ryssland om några år, men för närvarande finns det bara prototyper av olika typer av kvantprocessorer. Dessa inkluderar den första unika fem-qubit-kretsen för kvantberäkning skapad i MIPT-laboratoriet.
2021 kom också 20-jonsplattformen,ett alternativt tillvägagångssätt för att bygga en kvantdator, "National Quantum Laboratory". För Ryssland är båda evenemangen ett stort genombrott, men ändå en betydande eftersläpning i en värld där det redan finns en fullfjädrad 27-qubit kvantdator och en 5000-qubit D-Wave-maskin för begränsad beräkning.
"Enligt Gartner kommer kvantiteter att bli verklighetför majoriteten redan 2023, och inte om 20 år, som man tidigare trott”, konstaterar Elena Zislin, vice vd för JPMorgan Chases Technology Business Development. — Om två år kommer 20 % av företagen i världen redan att ha projekt inom området kvantberäkning. Som jämförelse, idag är det bara 1 %.".
Experiment för att skapa kvantdatorer iRyssland behöver stora pengar. Enskilda forskningsområden utförs dock ofta av flera institut. Som en del av internationella grupper hade ryska forskare ett finger med i flera viktiga upptäckter. Till exempel har en Skoltech-forskargrupp med IBM uppfunnit kvantomkopplare, en teknik som dramatiskt minskar strömförbrukningen för en kvantdator. Teoretiskt kommer detta att tillåta att inte använda dyra kylsystem, vilket avsevärt komplicerar enhetens drift.
Ungefär samma praktiska betydelse för en annanupptäckter — anställda vid Russian Quantum Center med kollegor från Moscow State University och Kazan Federal University. För första gången i historien fick de kvantfenomenen supraledning och superfluiditet vid rumstemperatur. Det har varit drömmen för forskare runt om i världen i decennier.
Det har också gjorts många upptäcktermedlemmar i internationella grupper. Till exempel, forskare från Institutet för fasta tillståndets fysik uppkallad efter Osipyan och Skoltech, tillsammans med kollegor från Princeton (USA) och Walter Schottky Institute (Tyskland), föreslog en originell metod för att detektera komplexa kvanttillstånd - Majorana-lägen. Forskare har försökt att upptäcka dessa partiklar under lång tid, men det är extremt svårt: de har ingen laddning och ingen spinn. Den potentiella fördelen med upptäckten ligger i användningen av unika egenskaper när man skapar en ny generation kvantdator (hastigheten på beräkningarna är högre, påverkan av omgivningsbuller är mindre).
En stark vetenskaplig skola utvecklas där det finnskontinuitet. I oktober 2021 dök en forskningsenhet upp på MIPT, där den vetenskapliga chefen kommer att vara Andrei Geim, en berömd fysiker och MIPT-examen som fick Nobelpriset för upptäckten av grafen tillsammans med Konstantin Novoselov. Laboratoriet kommer att fokusera på mesofysik - eller manifestationen av kvantmekaniska fenomen på makroskopiska skalor. Upptäckter inom detta område kan ha stor praktisk betydelse för utvecklingen av mikroelektronik.
Materialets fysik
Engagemang i ryska vetenskapliga projektNobelpristagare är ett viktigt strategiskt steg mot att skapa ett attraktionscentrum för unga forskare, där landets intellektuella potential skulle koncentreras. Det här är vad MIPT gör nu. En av vår tids mest citerade fysiker, professor vid University of Manchester, Nobelpristagaren Konstantin Novoselov ledde avdelningen för Fysikotekniska institutet med fokus på experiment med tvådimensionella smarta material. Detta är en mycket lovande riktning med stor potentiell effekt för mikroelektronik och teknik. Det förväntas att sådana material kan användas som bas för neuromorfa datorer.
Även engagerad i nanomaterial i RysslandKurchatov-institutet. Nyligen har fysiker syntetiserat en fundamentalt ny klass av tunn materia - magnetiska submonolagerfilmer. De har en tjocklek på en atom, men är mycket urladdade. Dessa är de tunnaste konstgjorda magneterna som någonsin har skapats i laboratoriet. Denna upptäckt kan vara drivkraften för utvecklingen av spintronik (ett system som använder spinnet som en informationsbärare i kvantberäkningar). I processen med forskningsarbete samarbetade fysikerna vid Kurchatov-institutet med European Centre for Synchrotron Research, som har en unik acceleratoranläggning som gör det möjligt att studera nanosubstansens egenskaper. Detta för oss direkt till diskussionen om tillståndet för acceleratorfysik i Ryssland.
Kärn- och acceleratorfysik
I början av 2021, tvåmegainstallationer: världens mest kraftfulla högflödesneutronforskningsreaktor PIK och fusionsreaktorn T-15MD (även känd som "Tokamak"). Med dess hjälp vill ryska forskare göra upptäckter som gör det möjligt att skapa teknologier för tvåkomponents kärnenergi. På Kurchatov-institutet kallas de också för "naturliknande", det vill säga slutna om sig själva och naturligt inbyggda i miljöns resurscirkulation.
Dessutom arbetar forskare från Kurchatov-institutet medskapandet av kärnkraftverk med låg effekt baserade på termoelektrik, som praktiskt taget inte behöver servas. Prototypen av installationen, som kan kallas ett kompakt atombatteri, har funnits i flera decennier. Kanske är det ryska fysiker som banar väg för skapandet av teknologier som kan säkerställa mänskligt liv på andra planeter.
Trots närvaron i landet av flera installationerI världsklass skapas nya acceleratorer och reaktorer mer sällan än det sovjetiska arvet misslyckas. Detta är ett allvarligt problem, eftersom de flesta av upptäckterna inom partikel- och kärnfysik sker under experiment på sådana anläggningar.
"Under de senaste 30 åren har det funnits en trend motminskning av andelen arbete som utförs i forskningscentra i Ryska federationen. Detta beror på bristen på en modern experimentell bas i landet. Mot bakgrund av det allmänna, skulle jag säga, depressiva tillståndet för grundläggande vetenskap i landet, har skapandet av stora vetenskapliga acceleratoranläggningar saktat ner. Detta har lett till en betydande eftersläpning i utvecklingen av inhemska acceleratorteknologier inom ett antal viktiga områden, såsom nuklearmedicin, materialvetenskap och halvledarindustrin, som nu är beroende av utländska leverantörer, sa akademiker Boris Sharkov vid en nyligen genomförd konferens. möte för den ryska vetenskapsakademin.
Den positiva sidan av situationen är att nivånexperimentell bas kan höjas, och under de kommande åren. 2022 kommer NICA-krockaren i Dubna att vara klar och sjösatt. Nationellt centrum för fysik och matematik skapas i Sarov, där en annan kolliderare, Super c-tau Factory, kommer att dyka upp. Kanske är det med dess hjälp som ryska forskare utforskar processer och fenomen som går utöver "standardmodellen". Men de kan komma före dem: experiment utförs dagligen med acceleratorer i världen, och forskare är mycket nära upptäckter som kommer att lägga grunden för "ny fysik".
Under tiden måste ryska teoretiska fysikerbokstavligen för att övertala CERN att genomföra experiment. För att göra detta måste du övertyga dem om den potentiella tillämpningen av upptäckten. Nu uppnås detta av Dmitry Karlovets, som matematiskt bevisade bevarandet av det ovanliga tillståndet "vridning" och egenskaperna hos vågen i partiklar vid höga hastigheter. Tidigare har forskare studerat dessa kvantegenskaper endast vid måttliga energier. Huruvida det finns någon praktisk användning här är en stor fråga, men inte alla genombrottsexperiment i fysikens historia har det som mål. Kunskap har alltid varit nyckeln.
Läs mer
Hubble tog ett foto av samma aktiva galax med 20 års mellanrum
Astronomer berättade var och hur guld och platina bildas i universum
Lyssna på Mars -ljud som spelats in av Perseverance -uppdraget