Физика

Для нашей заводской ТЭЦ на ЕВРАЗ ЗСМК в Новокузнецке жизненно важно поступление из пруда воды определенной температуры. Она нужна для охлаждения конденсатора паровой турбины — одного из важнейших элементов данного агрегата. С помощью турбины осуществляется выработка электроэнергии. Для эффективной работы ТЭЦ одного водоема‑охладителя мало, нужен второй, но его нет: в дефицитные 90-е обустроить еще один пруд не было возможности. Как эту проблему помогает решать разработанная нами модель‑подсказчик, расскажу я, дата‑сайентист ЕВРАЗа Александр Варкентин.

Наивные клеточные автоматы — плохое объяснение нашей Вселенной. Они полезны как инструмент моделирования и как «песочница» для идей, но фундаментальную физику они не воспроизводят. Чтобы стало похоже, нужно сменить почти всё — а это уже другая история.

Коллектив российских ученых провел моделирование космических джетов в сверхсильных магнитных полях лазерной релятивистской плазмы. Эксперименты проводились на лазерной установке 10-ти ТВт уровня мощности созданной в АО «ЦНИИмаш». Результаты работы опубликованы в Астрономическом журнале РАН. 

Коллектив российских ученых предоставил новые результаты в области термодинамических расчетов состава ионов в условиях холодной и горячей (нормальной) плазмы, широко используемых в атомной спектрометрии для определения элементного и изотопного состава анализируемых проб. Физикам удалось добиться значительного прогресса в понимании образования и поведения первичных фоновых ионов, их роли в поведении плазмы. Работы опубликованы в Journal of Analytical Chemistry. 

В новых статьях российских ученых опубликованы результаты исследования на основе многокомпонентной квазиравновесной термодинамической модели. В них авторы анализируют термохимические процессы, происходящие в индуктивно связанной плазме, и детали формирования фоновых ионов, которые традиционно вызывают значительные спектральные помехи в анализах. Работы проводились с применением метода термодинамического моделирования, позволяющего определять состав плазмы в зависимости от температуры и состава ее рабочего тела. 

10 сентября в Nature была опубликована статья, в которой исследователи анализировали результаты работы марсохода Perseverance в районе кратера Езеро. Меня попросили её прокомментировать. Если говорить в двух словах: на этой неделе мы получили действительно самое убедительное доказательство существования жизни на Марсе. Но обо всём по порядку.

Коллектив российских ученых провел теоретическое исследование взаимодействия ферромагнетизма и сверхпроводимости в двумерной гетероструктуре. Им удалось продемонстрировать, как в подобных системах возможно управлять сверхпроводимостью и спиновым расщеплением с помощью внешнего воздействия. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Materials. 

С момента открытия графена выпускниками Физтеха Андреем Геймом и Константином Новоселовым физики начали активно изучать электрические и магнитные свойства двумерных материалов. Недавние исследования укрепили существующий интерес к ван-дер-ваальсовым гетероструктурам, показывая, как свойства проводящих электронов могут управлять физическими характеристиками этих систем. 

Новая работа ученых из МФТИ с коллегами ставит перед собой амбициозную цель: выяснить, как можно управлять магнитными и сверхпроводящими эффектами в таких структурах, а также к каким открытиям эти процессы могут привести в области спинтроники. Ученые сосредоточили свое внимание на эффекте близости в бислойных 2D гетероструктурах Ван-дер-Ваальса, используя в качестве примера сверхпроводник NbSe2 и ферромагнетик VSe2. П

Коллектив исследователей из МФТИ разработал новые методики моделирования распространения сейсмических волн в средах со сложной геометрией. Это важно для эффективного поиска новых месторождений нефти и газа. Исследование опубликовано в журнале Lobachevskii Journal of Mathematics. 

Традиционные методы решения обратных задач сейсморазведки сталкиваются с трудностями при учете рассеяния волн на границах и контактных границах сложной формы. Это приводит к снижению точности результатов и, как следствие, к неэффективному использованию ресурсов при поисках новых месторождений.

Разработанный учеными МФТИ метод, основанный на использовании химерных сеток, позволяет эффективно преодолеть эти ограничения. Это особенно важно для поиска и разведки труднодоступных месторождений углеводородов, так как он позволяет существенно повысить точность прогнозирования месторождений углеводородов, одновременно сокращая вычислительные затраты.

Химерные сетки представляют из себя комбинацию декартовой (фоновой) и криволинейной сеток. Это позволяет точно учитывать условия на границах сложной формы. Связь между сетками осуществляется с помощью интерполяции.

Ученые из МФТИ и МИФИ с коллегами из Китая изготовили наночастицы нитрида титана (TiN) и изучили их сорбционные свойства. Оказалось, что они являются очень перспективным кандидатом на решение проблемы очищения сточных вод. Исследование опубликовано в журнале Physica Scripta.

Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами синтезировали наночастицы нитрида титана с помощью лазерной абляции (испарения вещества под действием лазерных импульсов и его последующей конденсации в виде наночастиц) в жидкости. Им удалось экспериментально показать, что эти наночастицы обладают уникальными адсорбционными свойствами и способны эффективно поглощать катионные красители. Что делает их особенно перспективными — это высокая удельная поверхность и возможность управления стехиометрией, которая позволяет модифицировать их свойства для решения задач очистки.

Исследователи фокусировали луч лазера на мишени с помощью специальной линзы. Его перемещали по поверхности мишени, изготовленной из нитрида титана, описывая спираль, чтобы избежать нагрева одной точки, при помощи сканатора. Процесс длился 30 минут и в результате образовались наночастицы, придающие коллоидному раствору насыщенный синий цвет.

Физика потеряла связь с онтологией, за формулами исчезло понимание процессов.
Предлагается рассматривать энергию как первичную сущность, а частицы, поля и силы — как формы её организации.

В этой статье предлагается концептуальный пересмотр основ физики с акцентом на энергии как первичной сущности, а не на частицах или полях. Энергия рассматривается как фундаментальная реальность, а материя, поле, сила и масса — как различные формы её организации. Такой подход не отменяет ОТО или КТП, напротив — он углубляет их, возвращая физике утраченное понимание процессов. Вселенная предстает как фрактальная сеть перераспределения энергии, где каждый уровень — от квантов до галактик — связан в единую динамическую структуру.

Тёмная материя – это настоящая головная боль.

Сам термин «тёмная материя» относится к гипотетическому веществу, которое, по-видимому, взаимодействует с остальной частью Вселенной исключительно посредством гравитации и служит каркасом для галактик и других массивных космических структур. Однако, несмотря на десятилетия интенсивных поисков, реальные частицы тёмной материи так и не были обнаружены. Некоторые критики, следовательно, отвергают эту концепцию, считая её выдумкой, которую физики используют для подкрепления своих неполных теорий о том, как устроена Вселенная. Но независимо от того, является ли тёмная материя «реальной» вещью или удобным плодом воображения теоретиков, существует слишком много доказательств её наличия, чтобы эта проблема исчезла просто по чьему-то хотению.

Называйте это как хотите, но во Вселенной явно происходит что-то очень странное. Звёзды на окраинах галактик вращаются слишком быстро. Галактики слишком быстро кружат в скоплениях. Богатые материей нити космической паутины слишком быстро сливаются. И есть ещё много других примеров.

Физики смоделировали распространение звука внутри гибридных нейтронных звезд при наличии внутри них кварк-глюонной плазмы. Оказалось, что даже небольшая доля пузырьков кварковой материи может привести к высокой нелинейности звуковой волны. «Результаты моделирования помогут обнаружить кварк-глюонную плазму в естественных условиях», — пишут ученые из МФТИ, Курчатовского института и Физического института им. Лебедева в журнале Physical Review D.

Исследователи провели расчёты на основе простой модели, где адронное вещество содержит небольшие кварковые «пузырьки». Они предположили, что эти пузырьки имеют радиус порядка 1—5 ферми, что составляет миллионные доли нанометра. Более сложные конфигурации, такие как капли, стержни или трубки, остаются интересной задачей для будущих исследований. 

Коллектив российских ученых разработал новый способ численного моделирования ледовых торосов, айсбергов и стамухов в Арктике, который позволяет определить их структуру на основе ультразвукового сканирования толстых слоев льда. Их первоочередной задачей было описать криволинейные полости, заполненные воздухом и водой, чтобы получить проектных оценки ледовых нагрузок на инженерные сооружения. Работа была опубликована в российском научном журнале «Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии». 

Новая работа ученых МФТИ, акцентирующая внимание на численном моделировании распространения волнового сигнала в торосах, демонстрирует инновационный подход к решению этой задачи. Используя сеточно-характеристический метод на структурированных и химерных расчетных сетках, исследователи проанализировали отклики от полостей, заполненных воздухом и водой. Их результаты дают возможность прогнозировать толщину ледяных образований и глубину их осадки.

Чтобы понять работу какого-либо устройства, необходимо его разобрать и изучить составляющие детали. Понимая как работает каждая из них, можно составить полную картинку их взаимодействия, что результирует в понимании работы устройства в целом. Если речь идет, скажем, об автомобиле, то этот процесс познания может казаться сложным, но он не идет нив какое сравнение с усилиями, необходимыми для понимания атомарных кластеров. Ученые из Токийского университета (Токио, Япония) провели исследование золотых кластеров, состоящих из крайне малого числа атомов, в ходе которого смогли синтезировать новый тип наноструктур, названные ими «золотыми квантовыми иглами». Чем отличаются иглы от других подобных структур, какими свойствами они обладают, и чем они могут бы полезны? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Ученые из России и Кореи провели теоретическое исследование трех различных моделей ускоренного расширения ранней Вселенной. Они рассмотрели модели, в которых потенциал, вызывающий расширение, генерируется квантовыми эффектами. Оказалось, что первая модель может быть согласована с наблюдениями, а остальные две нет. Исследование было опубликовано в Physics of Particles and Nuclei Letters. 

Ученые провели численный анализ трех относительно простых моделей инфляции, каждую из которых характеризуют уникальные параметры. Результаты исследования показали, что первая модель, описывающая инфляцию с помощью скалярного поля с ненулевой массой и минимальным гравитационным взаимодействием, демонстрирует согласие с данными наблюдений при определённых условиях. Однако не все параметры в этой модели способны поддерживать данное соответствие.

Я ворвался в лабораторию с криками “я знаю в чем дело, ща все починим” и от радости почти не заметил удушающе-скептический взгляд коллег. Но, несмотря на это, при помощи бормашинки, штанегнциркуля и транспортира пустился кромсать чугунину наносплав. Через 40 минут мы собрались вокруг стенда, щелкнули рубильником и - о чудо! Манометр ожил и положил стрелку! Это была микропобеда. 

А начинался этот стартап со школьной скамьи...

Ученые из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и МФТИ продемонстрировали возможность использования гематита в качестве чувствительного элемента для обнаружения линейно поляризованных радиочастотных волн в диапазоне десятков ГГц. Работа была опубликована в Journal of Applied Physics.

Для создания новых спинтронных устройств ученые ищут магнитные материалы с необычными свойствами. Особый интерес вызывают антиферромагнетики ​​— материалы, в которых магнитные моменты атомов упорядочены противоположно. Они обладают рядом преимуществ перед традиционными ферромагнетиками. Например, благодаря более высоким резонансным частотам по сравнению с ферромагнитными материалами антиферромагнитные материалы гораздо более привлекательны в современной микроволновой технике и системах связи, а отсутствие макроскопического магнитного момента позволяет создавать более энергоэффективные устройства. Управление этим процессом дает возможность добиться значительных преимуществ при разработке электронных устройств нового поколения, сочетающих классические и квантовые технологии.

В работе российского коллектива ученых теоретически и экспериментально была исследована спиновая накачка из гематита при комнатной температуре.

В последние десятилетия исследования спинтроники, технологии, использующей спиновые состояния частиц для хранения и обработки информации, неуклонно движутся к новым рубежам. Новое исследование, проведенное российскими и китайскими учеными, открывает возможность реализации когерентного оптического спинового эффекта Холла (OSHE) при комнатной температуре, что может кардинально изменить наше представление о спинтронных устройствах. Научная работа была опубликована в журнале Nature Materials. 

Команде исследователей из МФТИ, университета Циньхуа (Пекин) и Вестлэйк (Хангжоу) удалось впервые продемонстрировать оптический спиновый эффект Холла при комнатной температуре. 

В последние годы научные исследования в области аэродинамики становятся все более актуальными с учетом развития высокоскоростных летательных аппаратов. Новое численное исследование, проведенное командой российских ученых из МФТИ и Центрального аэрогидродинамического института им. профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ), стало важным шагом к более глубокому пониманию сложных процессов, которые протекают в пограничном слое в условиях сверхзвукового потока. Результаты были опубликованы в журнале Fluid Dynamics. 

Работа сосредоточена на изучении взаимодействия слабых ударных волн, известных как N-волны, с ламинарным пограничным слоем, образующимся на плоской пластине с затупленной передней кромкой при числе Маха 2,5. Это число означает, что полет происходит со скоростью около 3000 километров в час, то есть в 2,5 раза превышающей скорость звука. Результаты численного моделирования были сопоставлены с известными экспериментальными данными.

Аэродинамические характеристики высокоскоростных летательных аппаратов сильно зависят от турбулизации сжимаемых пограничных слоев, что может значительно увеличить вязкое трение и тепловые потоки к обтекаемой поверхности. 

Коллектив российских ученых исследовал процесс формирования конденсата Бозе—Эйнштейна в оптической дипольной ловушке с длиной волны 1064 нм. Для этого они проводили оптимизацию испарительного охлаждения методами машинного обучения. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review A. 

В этом году Нобелевские премии по физике и по химии были присуждены за исследования, связанные с машинным обучением. Это отражает все возрастающую роль методов ИИ для получения новых результатов в естественных науках. Многие результаты в современной физике квантовых систем связаны с машинным обучением.

«Благодаря методам машинного обучения нам удалось оптимизировать параметры нашего эксперимента, что, в свою очередь, открыло новые горизонты для исследования квантовых систем, — рассказал Алексей Акимов, доктор физико-математических наук, руководитель лаборатории квантовых симуляторов и интегрированной фотоники РКЦ. — Это важный шаг на пути развития будущих технологий в области квантовых вычислений».

В 1985 году небольшая компания ThinkFun начала с простой идеи — делать обучение увлекательным через игры, которые развивают ум, а не просто развлекают. За десятилетия она выросла в мирового лидера STEM-игр, создавая хиты, которые учили логике, физике и даже программированию — без экранов и скучных уроков. Её игры вдохновляли миллионы детей по всему миру, превращая сложные науки в захватывающие приключения. Но путь от гаражного стартапа до глобального бренда оказался не таким простым, как казалось. А сейчас, похоже, даже вступил в период стагнации. Давайте посмотрим на хронологию событий.