Физика

Работы по высокотемпературной сверхпроводимости ведутся во всем мире потрем направлениям. По-прежнему продолжается гонка за высокими температурами. В последние полтора года сделан рывок в область температур сверхпроводящего перехода, превышающих 120 К. А за предыдущие 75 лет удалось продвинуться всего на 15 К.

Во многих научных центрах, в том числе в Институте физики металлов Уральского отделения РАН, достигнуты существенные успехи в рафинировании широкого класса веществ.

Возможность исследовать природу окружающего мира за гранью известного всегда привлекала человека. Чтобы увидеть микропроцессы, происходящие в веществе, ученые изобрели микроскоп, но для изучения поведения входящих в его состав малых объектов - атомов и молекул - нужны иные инструменты, например, невидимое глазу нейтронное излучение, с помощью которого можно получать значительно больше полезной информации. А при создании наноразмерных структур оно имеет свои неоспоримые преимущества.

Физике сверхсильных полей сегодня посвящают самые представительные научные конференции. Одна из них - "Физика лазеров. Взаимодействие лазерного излучения с веществом" - прошла в городе Сарове (Нижегородская область) в Российском федеральном ядерном центре "Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики (ВНИИЭФ)".

При всей сложности и совершенстве человеческого организма, его естественные возможности весьма ограничены. Это в первую очередь касается одного из основных каналов получения информации - зрения. К сожалению, глаза людей воспринимают очень узкий спектральный диапазон длин волн - всего 400-720 нм (видимый свет).

Рентгеновская техника развивается по многим направлениям. В одном из них - малогабаритном аппаратостроении - с 1993 г. работает отечественная научно-инженерная фирма ООО "Флэш электронике". И за девять лет существования достигла серьезных результатов: ныне она доминирует на российском сегменте рынка рентгеновских диагностических комплексов, предназначенных для решения проблем экологии, борьбы с терроризмом, незаконным оборотом наркотиков, неразрушающего контроля промышленных объектов (дефектоскопия).

Взаимодействие лазерного излучения с веществом богато многочисленными эффектами. Один из них состоит в том, что при определенных условиях в поле такого излучения происходит дрейф компонентов газа относительно друг друга, причем скорость их перемещения может приближаться к звуковой. Удивительно, но энергия лазерного пучка не передается при этом газовой среде.

В июле 1973 г. в Институте ядерной физики (ИЯФ) СО РАН впервые в мире был выведен пучок рентгеновского синхротронного излучения (СИ)(*) из накопителя ВЭПП-3. Сейчас оно стало привычным инструментом для исследований в самых различных областях науки - химии, физики, биологии, геохимии, материаловедения и многих других. А в 1998 г. в том же институте, ныне носящем имя его основателя академика Г.И. Будкера, проходила конференция; в ходе нее были подведены некоторые итоги 25-летнего использования этого явления, о чем и рассказали член-корреспондент РАН Г. Кулипанов и кандидат физико-математических наук В. Барышев (ИЯФ СО РАН).

Физика тяжелых кварков - одно из приоритетных направлений современных фундаментальных исследований структуры элементарных частиц и их взаимодействий. Соответствующие эксперименты проводят интернациональные группы ученых на крупнейших ускорителях мира, и в их числе - физики НИИЯФа МГУ. О их вкладе в эту область науки и пойдет речь в данной статье.

В апреле исполнилось 37 лет со дня образования Института прикладной физики (ИПФ) РАН в Нижнем Новгороде - одного из ведущих академических учреждений физического профиля в нашей стране. Он был создан на базе отделов Научно-исследовательского радиофизического института, его директором назначили физика академика Андрея Гапонова-Грехова. В 2003 г. ИПФ возглавил специалист в области физики плазмы член-корреспондент РАН Александр Литвак (с 2006 г. академик), а его предшественник стал научным руководителем Института.

Перед мировым научным сообществом стоит важнейшая проблема - овладеть энергией термоядерного синтеза*. Его продуктом является высокотемпературная плазма, ее еще называют искусственным солнцем. Зажечь его в России предложил на заседании правительства в 2007 г. академик Евгений Велихов, убедивший руководство страны утвердить конкретную стратегию, в результате выполнения которой к 2050 г. у нас должны заработать промышленные энергетические станции с термоядерными реакторами. Цена проекта - 515 млрд. руб. Надежды на успех есть, рассказал на страницах газеты "Комсомольская правда" один из ведущих российских специалистов в этой области, начальник Отдела экспериментальной физики Научного центра "Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" Сергей Мирнов.

Еще со школьной скамьи известно: пространственное разрешение любого оптического метода ограничено дифракцией - явлением, рассматриваемым как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Для видимого света с его привычной цветовой гаммой предел разрешения составляет около 200 нм. Это та граница на шкале размеров, отделяющая, словно река Лета, макро- и микромир ярких красок от бесцветного наномира, в котором само понятие естественного спектра, казалось бы, теряет смысл. Развитие современных методов позволило перешагнуть дифракционный предел, и сегодня оптические свойства вещества в видимом диапазоне длин волн можно изучать с пространственным разрешением в десятки нанометров. Рассмотрим только два подхода, разработанные с использованием сканирующей зондовой микроскопии.

Синтез новых, сверхтяжелых элементов в периодической таблице Д.И. Менделеева -одно из основных направлений деятельности Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в г. Дубна. В знак признания работы ученых Международный союз чистой и прикладной химии в 1997 г. дал название "Дубний" 105-му элементу, синтезированному в Дубне.

Наукоград Протвино отмечает сорокалетний юбилей: 19 апреля 1960 г. было срублено первое дерево и вбит первый колышек, отметивший начало строительства Серпуховского ускорителя протонов на энергию 76 ГэВ.

Выдающийся научный результат был получен в лаборатории им. Г.Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований (Дубна). Здесь 19 июля 2000 г. впервые в мире осуществлен синтез сверхтяжелого 116-го элемента Периодической системы элементов Менделеева. О том, как проводился эксперимент, его теоретических предпосылках, перспективах дальнейших изысканий рассказал научный руководитель этой лаборатории, член-корреспондент РАН Ю.Ц. Оганесян.

Имя академика Евгения Константиновича Завойского (1907 - 1976) вошло в историю прежде всего благодаря его открытиям в таких неблизких областях, как радиоспектроскопия и физика плазмы, а также пионерским работам по электронно-оптическим преобразователям. То, что он сделал в науке, оценили в родном Отечестве. Но за этой, казалось бы, органичной формой скрыта необычайно сложная, богатая, многоликая и драматичная жизнь одного из самых удивительных ученых XX в.

С момента создания в 1960-х годах лазер стали называть "устройством, которое само ищет решаемые задачи". Сегодня его применяют в разных, порой неожиданных областях: от коррекции зрения, управления транспортными средствами до космических полетов и термоядерного синтеза. Тем не менее ученые продолжают создавать новые виды "необычных" квантовых генераторов.

Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН (город Шатура, Московская область) - один из лидеров в стране по разработке мощных технологических CO2-лазеров, а также оборудования на их основе. Здесь в последние годы осваивают новое направление, связанное с созданием систем для стереолитографии (так называют технологии быстрого "макетирования" опытных образцов), микро-, оптоэлектроники и биомедицины.

10 сентября 2008 г. в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария) был запущен Большой адронный коллайдер (LHC). Создан он усилиями ученых из более 50 стран мира, в том числе и России. Это ускоритель протонов, представляющий собой кольцевую структуру с периметром 27 км, в котором при столкновении двух ускоренных частиц должна быть достигнута энергия в 14 ТэВ. На нем можно будет выделить достаточное количество редких событий, чтобы ответить на основные вопросы современной физики.

С точки зрения физики вещество, окружающее человека в повседневной жизни, состоит из барионов, лептонов и фотонов, т. е. трех типов стабильных частиц. С позиций же астрономии - это один вид материи, называемой видимой. Однако в 30-е гг. XX в. ученые обнаружили так называемую "темную", не видимую телескопами материю. Ее существование доказано измерением скоростей звезд нашей Галактики, а также по вращению других звездных систем.

Более пяти лет в Брукхейвенской национальной лаборатории (США) работает комплекс со встречными пучками - коллайдер релятивистских тяжелых ионов RHIC (Relativistic heavy Ion Collider). Здесь ускоряют почти до уровня скорости света атомные ядра от легчайших до самых тяжелых, и при их столкновениях энергия преобразуется в температуры порядка триллионов градусов.

В городе Протвино, расположенном в 120 км к югу от столицы на стыке Московской, Калужской и Тульской областей, работает крупнейший в России ускоритель протонов У-70. Введенный в эксплуатацию 14 октября 1967 г., он и сегодня служит базой для экспериментов по физике элементарных частиц, решения прикладных задач в интересах высокотехнологичных отраслей отечественной науки и техники.

Внимание тех, кто интересуется современной физикой, приковано сейчас к Большому адронному коллайдеру LHC (Large Hadron Collider)* - самому мощному в мире ускорителю элементарных частиц, сооружаемому в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария).

Прежде всего хотелось бы напомнить: за изобретение лазеров академики Н.Г. Басов, A.M. Прохоров и американский профессор Ч. Таунс в 1964 г. получили Нобелевскую премию. В отзывах о событии как специалистов, так и неспециалистов говорилось, что лазеры -новое чудо XX в. Жизнь подтвердила столь высокую оценку.

Доктор физико-математических наук Л. Н. СМИРНОВА, Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына МГУ

Институт прикладной физики ныне, по сути, - одна из крупнейших лабораторий мира, разрабатывающих мощные источники микроволнового излучения для применения в радиолокации, физике плазмы и ядерной физике, промышленных технологиях новых материалов, а также способы приема и анализа этого излучения для дистанционной диагностики атмосферы, экспериментов в радиоастрономии т.д. Все эти работы сосредоточены в Отделении физики плазмы и электроники больших мощностей ИПФ.

В России немало людей, профессионально не занимающихся проблемами энергетики, но имеющих о них представление. Это, как они считают, дает им право публично заявлять, что, мол, использование ядерной энергии - опасно для человечества, ведет в тупик, от атомных станций и всего, что с ними связано, следует поскорее избавиться. К сожалению, подавляющее большинство подобных суждений представляет "хорошо приготовленную" смесь фактов с заведомо ложными обвинениями в адрес "мирного атома". Попробуем, полагаясь на разумные доводы, найти аргументы в пользу развития ядерных энерготехнологий.

В подмосковном городе Протвино в Институте физики высоких энергий (ИФВЭ) действует уникальная установка - комплекс меченых нейтрино (КМН). Ее создавали в конце 80-х - начале 90-х годов большим коллективом ученых из России, Италии и Германии для проведения исследований на крупнейшем в России ускорительном комплексе ИФВЭ, позволяющем "разгонять" протоны до энергии 70 млрд. эВ.

Представляем читателям уникальное научное учреждение - Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН (ИФВД), где изучают фундаментальные и прикладные аспекты физики сильно сжатого вещества. Второго такого нет не только в России, но и в мире. Практически все видимое вещество Вселенной сосредоточено в громадных самогравитирующих телах, таких, как планеты и звезды. Расчеты показывают: от 90 до 95% его находится под давлением выше 10 кбар. И мы должны изучать, как оно ведет себя в этих условиях, если хотим расширить свои знания о материи.

Одной из наиболее известных концепций управляемого термоядерного синтеза является ЛТС - лазерный термоядерный синтез. Впервые она была высказана в начале 60-х годов одним из авторов настоящей статьи, будущим лауреатом Нобелевской премии академиком Н. Г. Басовым.

Эффективность выработки электроэнергии, высокотехнологичные методы ее транспортировки к потребителю, повышение экологических и ресурсосберегающих параметров на всех этапах ее производства и распределения - магистральный путь развития электроэнергетики в XXI в. Эти задачи можно решить только благодаря внедрению передовых технологий, в том числе сверхпроводниковых.

Сначала невооруженным глазом, а затем с помощью оптических приборов люди с древнейших времен наблюдали за природными процессами и явлениями, космическими телами и различного рода излучениями, строили теории о происхождении Вселенной. Стремительный прорыв в разгадку ее тайн произошел в последней трети XX в. благодаря совершенствованию технических средств наблюдения, выходу человека в космос.

Долго и мучительно размышляя над тем, как описать картину полярного сияния, я впал в уныние. И ведь видел его за сорок без малого лет, проведенных на севере, многократно - и случайно, и специально, когда, потушив свет в окнах обсерватории, ложился на снег и предавался небесному спектаклю с таким же наслаждением и вниманием, с каким меломан слушает симфонию. А вот словами рассказать об этом прекрасном, восхитительном природном явлении, впрочем, также как и о волшебных звуках музыки, практически невозможно.

История нашего института начинается с 1900 г., когда в Москве по инициативе Д. И. Менделеева была организована одна из первых в России Поверочная Палатка торговых мер и весов. А сейчас ВНИИМС - мозг метрологической службы страны.

Лаборатория ядерных реакций им. Г. Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в 2007 г. отпраздновала пятидесятилетний юбилей. Здесь синтезировано много новых тяжелых и сверхтяжелых элементов, работают ускорители тяжелых ионов. Тут раскрывают тайны атомного ядра и проводят другие интересные эксперименты. О предмете исследований нашему корреспонденту Екатерине Алтайской рассказал академик Юрий Оганесян.

В декабре 2001 г. в Протвино (Подмосковье) прошла Всероссийская конференция "Фундаментальные исследования и научно-технический прогресс", завершившая цикл встреч ведущих ученых страны, обсуждавших ход и результаты изысканий, проводимых в наукоградах Московской области. Программой форума предусматривались, в том числе, вопросы применения ускорителей и детекторов заряженных частиц в медицине.

В июле-августе 2009 г. в Выставочном зале федеральных архивов РФ на улице Большая Пироговская (Москва) прошла историко-документальная выставка "Атомный проект СССР. К 60-летию создания ядерного щита России". Ее организаторы - Министерство культуры, Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" и Государственный архив РФ - впервые представили широкой общественности уникальные документы, связанные с созданием первой советской атомной бомбы РДС-1.

Если заставить заряженную частицу двигаться по круговой орбите в магнитном поле, перпендикулярном плоскости орбиты, то в направлении по касательной она начнет испускать электромагнитные волны, т.е. фотоны. Это излучение называется магнитотормозным, или синхронным.