СМИ о нас
| 24.02.22 | 24.02.2022 ТАСС. Россия ведет переговоры о создании станции слежения для обсерватории Спектр-М |
Россия ведет переговоры с Аргентиной и несколькими странами Африки о размещении станции слежения для проекта астрофизической космической обсерватории "Спектр-М". Об этом сообщил ТАСС руководитель астрокосмического центра ФИАН Сергей Лихачев.
"Переговоры ведутся с Аргентиной в Южном полушарии или, возможно, Южная Африка и другие страны Африки", - отметил Лихачев в ответ на вопрос, ведутся ли сейчас переговоры с другими странами о размещении станции слежения для астрофизической космической обсерватории "Спектр-М".
Обсерватория "Спектр-М" предназначена для исследования объектов дальнего космоса в миллиметровом, субмиллиметровом и дальнем инфракрасном диапазонах спектра. С ее помощью ученые рассчитывают получить данные о глобальной структуре вселенной, строении и эволюции галактик, их ядер, звезд, планетных систем, об объектах со сверхсильными гравитационными и электромагнитными полями, а также об органических соединениях в космосе.
"Спектр-М" планируется запустить на расстояние 1,5 млн км, в район точки Лагранжа L2 системы Солнце - Земля, в которой уравновешиваются силы притяжения Солнца и Земли, в 2029-2030 годах.
| 24.02.22 | 24.02.2022 Поиск. Тяжелая вода заставила люминесцентные комплексы светиться в два раза ярче |
Российские ученые совместно с итальянскими коллегами синтезировали новые комплексы диспрозия — химического элемента из семейства лантаноидов — которые способны светиться при облучении. Химики выяснили, что улучшить люминесцентные характеристики этих соединений можно, заменив в их составе молекулы обычной воды на молекулы «тяжелой», а также часть атомов диспрозия на их нелюминесцирующий аналог. Это позволило в два раза увеличить люминесценцию комплексов, а также управлять цветом их свечения. Разработанные подходы могут использоваться для получения материалов для квантовой электроники, оптики и энергосберегающих технологий. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Dyes and Pigments.
Лантаноиды — особое семейство химических элементов, представители которого обладают уникальными оптическими и магнитными свойствами. Например, многие лантаноидные соединения способны люминесцировать, то есть светиться в ответ на облучение. Поэтому их можно использовать при создании сенсорных материалов, источников белого света и других устройств.
В новой работе ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва), МГУ имени М. В. Ломоносова (Москва), Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана (Москва) и Университета Камерино (Италия) исследовали люминисценцию комплексов лантаноида диспрозия со сложным органическим лигандом из класса гетероциклических дикетонов. Такие соединения хорошо преобразовывают падающее излучение в собственное с другой длиной волны. Это обеспечивается тем, что органический лиганд выполняет роль антенны — он поглощает внешнее излучение, передавая его на лантаноид, который, в свою очередь, излучает собственный свет.
Существенный недостаток комплексов лантаноидов, как и многих других светящихся соединений, заключается в том, что в них происходит частичное тушение люминесценции. Этот процесс связан с тем, что молекула, приняв на себя электрон при облучении, должна «сбросить» с себя излишек энергии. Это может происходить двумя способами: или благодаря испусканию кванта света, то есть люминесценции, или путем превращения избытка энергии в тепло. Во втором случае излучения не происходит, и поэтому такой процесс называют тушением люминесценции. Существует множество приемов, помогающих уменьшить тушение, но до настоящего времени очень мало исследовалось, как они действуют при совместном применении.
Ученые синтезировали комплексы диспрозия, в которых этот химический элемент частично заменили на другой лантаноид — гадолиний — который не способен светиться. Кроме того, физики предположили, что улучшить свойства соединения можно, заменив обычную воду в его составе на «тяжелую» (D2O), в которой место атома водорода занимает дейтерий.
Оказалось, что после замены молекул обычной воды на «тяжелую» люминесценция затухала втрое медленнее и была в два раза ярче. Как предполагают авторы, это связано с отсутствием связей О-Н в тяжелой воде, где аналогичные связи O-D в меньшей степени рассеивают энергию в виде тепла. У соединений, где часть диспрозия заменили на гадолиний, также уменьшилась скорость затухания люминесценции, а влияние на яркость оказалось более сложным: слишком большая примесь гадолиния приводила к снижению эффективности свечения.
Кроме того, предложенные подходы позволили управлять цветом люминисценции. Так, при добавлении гадолиния спектр свечения с желто-зеленого изменялся на белый, близкий к дневному свету.
«Предложенные нами подходы помогут при разработке новых источников белого света, в частности органических светоизлучающих светодиодов. В дальнейшем мы планируем провести подобные эксперименты и с другими лантаноидами», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Илья Тайдаков, доктор химических наук, руководитель группы «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» ФИАН.
| 24.02.22 | 24.02.2022 Научная Россия. Тяжелая вода заставила люминесцентные комплексы светиться в два раза ярче |
Российские ученые совместно с итальянскими коллегами синтезировали новые комплексы диспрозия — химического элемента из семейства лантаноидов, — которые способны светиться при облучении. Химики выяснили, что улучшить люминесцентные характеристики этих соединений можно, заменив в их составе молекулы обычной воды на молекулы «тяжелой», а также часть атомов диспрозия на их нелюминесцирующий аналог. Это позволило в два раза увеличить люминесценцию комплексов, а также управлять цветом их свечения. Разработанные подходы могут использоваться для получения материалов для квантовой электроники, оптики и энергосберегающих технологий. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Dyes and Pigments.
Сотрудник лаборатории к.х.н. Юрий Белоусов изучает люминесценцию синтезированного комплекса.
Источник: Дмитрий Христолюбов
Лантаноиды — особое семейство химических элементов, представители которого обладают уникальными оптическими и магнитными свойствами. Например, многие лантаноидные соединения способны люминесцировать, то есть светиться в ответ на облучение. Поэтому их можно использовать при создании сенсорных материалов, источников белого света и других устройств.
В новой работе ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (Москва), МГУ имени М.В. Ломоносова (Москва), Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (Москва) и Университета Камерино (Италия) исследовали люминесценцию комплексов лантаноида диспрозия со сложным органическим лигандом из класса гетероциклических дикетонов. Такие соединения хорошо преобразовывают падающее излучение в собственное с другой длиной волны. Это обеспечивается тем, что органический лиганд выполняет роль антенны — он поглощает внешнее излучение, передавая его на лантаноид, который, в свою очередь, излучает собственный свет.
Существенный недостаток комплексов лантаноидов, как и многих других светящихся соединений, заключается в том, что в них происходит частичное тушение люминесценции. Этот процесс связан с тем, что молекула, приняв на себя электрон при облучении, должна «сбросить» с себя излишек энергии. Это может происходить двумя способами: или благодаря испусканию кванта света, то есть люминесценции, или путем превращения избытка энергии в тепло. Во втором случае излучения не происходит, и поэтому такой процесс называют тушением люминесценции. Существует множество приемов, помогающих уменьшить тушение, но до настоящего времени очень мало исследовалось, как они действуют при совместном применении.
Ученые синтезировали комплексы диспрозия, в которых этот химический элемент частично заменили на другой лантаноид — гадолиний, — который не способен светиться. Кроме того, физики предположили, что улучшить свойства соединения можно, заменив обычную воду в его составе на «тяжелую» (D2O), в которой место атома водорода занимает дейтерий.
Образцы синтезированных комплексов при дневном свете и УФ-освещении.
Источник: Илья Тайдаков
Оказалось, что после замены молекул обычной воды на «тяжелую» люминесценция затухала втрое медленнее и была в два раза ярче. Как предполагают авторы, это связано с отсутствием связей О-Н в тяжелой воде, где аналогичные связи O-D в меньшей степени рассеивают энергию в виде тепла. У соединений, где часть диспрозия заменили на гадолиний, также уменьшилась скорость затухания люминесценции, а влияние на яркость оказалось более сложным: слишком большая примесь гадолиния приводила к снижению эффективности свечения.
Кроме того, предложенные подходы позволили управлять цветом люминесценции. Так, при добавлении гадолиния спектр свечения с желто-зеленого изменялся на белый, близкий к дневному свету.
«Предложенные нами подходы помогут при разработке новых источников белого света, в частности органических светоизлучающих светодиодов. В дальнейшем мы планируем провести подобные эксперименты и с другими лантаноидами», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Илья Тайдаков, доктор химических наук, руководитель группы «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» ФИАН.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда
| 24.02.22 | 24.02.2022 ИА Красная Весна. Химики заставили люминофор светиться вдвое ярче и изменять цвет |
Светодиодная лента
Новые комплексы химического элемента из семейства лантаноидов — диспрозия, которые способны ярко светиться при облучении, синтезировали совместно российские и итальянские ученые, 24 февраля сообщают на портале «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу Российского научного фонда.
Чтобы улучшить люминесцентные характеристики соединений диспрозия, химики, заменили молекулы обычной воды в их составе на молекулы «тяжелой» — с дейтерием, а часть атомов диспрозия на их нелюминесцирующий аналог — гадолиний.
В результате люминесценцию комплексов удалось увеличить вдвое. Кроме того, появилась возможность тонкой настройки цвета люминесценции за счет изменения содержания гадолиния и дейтерирования, а также получен люминесцентный состав белого света.
Разработанные подходы, считают исследователи, могут быть использованы для получения новых материалов для квантовой электроники, оптики и энергосберегающих технологий. Результаты исследования опубликованы в журнале Dyes and Pigments.
В статье авторы объясняют выбор направления исследования уникальными оптическими и магнитными свойствами лантаноидов, которые определяют их привлекательность для производства различных функциональных материалов и устройств, таких как светоизлучающие устройства, сенсорные материалы, маркеры для биовизуализации и молекулярные магниты. Кроме того, люминесцентные свойства ионов диспрозия Dy³⁺ чрезвычайно привлекательны для создания монометаллических источников белого света и сенсорных материалов.
Научная группа химиков из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН, МГУ им. М. В. Ломоносова, Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана и Университета Камерино (Италия) исследовали люминесценцию комплексов лантаноида диспрозия со сложным органическим лигандом из класса гетероциклических дикетонов, который служит «антенной», передающей внешнее излучение атомам лантаноида.
Недостатком многих светящихся соединений является происходящий в них процесс частичного тушения люминесценции. Это связано с тем, что молекула, приняв на себя электрон при облучении, должна «сбросить» с себя излишек энергии, что возможно либо испусканием кванта света, то есть люминесценции, либо превращением избытка энергии в тепло. В последнем случае люминесценции не будет — произойдет ее тушение.
Физики рассчитали, что можно улучшить свойства соединения, если заменить обычную воду в его составе на «тяжелую» — D₂O, в которой место атома водорода занимает дейтерий. Эксперимент показал, что в этом случае скорость затухания люминесценции стала втрое медленнее, а светимость стала в два раза ярче.
У соединений, в которых часть атомов диспрозия была заменена гадолинием, скорость затухания также снизилась. Кроме того, добавление гадолиния изменяло спектр свечения с желто-зеленого на белый, близкий к дневному свету.
Руководитель проекта по гранту РНФ, руководитель группы «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» ФИАН доктор химических наук Илья Тайдаков сообщил: «Предложенные нами подходы помогут при разработке новых источников белого света, в частности органических светоизлучающих светодиодов. В дальнейшем мы планируем провести подобные эксперименты и с другими лантаноидами».
| 24.02.22 | 24.02.2022 ИА Красная Весна. Россия выбирает страну для создания станции слежения телескопа Спектр-М |
Телескоп «Миллиметрон»
Станция слежения для перспективного российского инфракрасного телескопа «Спектр-М» будет размещена в одной из стран южного полушария, с которыми в данный момент идут переговоры по этому вопросу. Сообщает 23 февраля руководитель астрокосмического центра ФИАН Сергей Лихачев.
«Переговоры ведутся с Аргентиной в Южном полушарии или, возможно, Южная Африка и другие страны Африки», — сказал Лихачев.
Отмечается, что российский космический телескоп «Спектр-М», также известный как «Миллиметрон», будет запущен в окрестности второй точки Лагрнажа в системе Солнце — Земля до конца этого десятилетия.
Напомним, космическая обсерватория «Миллиметрон» по ключевым параметрам превосходит космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST), который уже находится в районе второй точки Лагранжа и в настоящий момент проходит процедуру настройки оборудования. Размер отражателя «Миллиметрона» составляет десять метров, что радикально повысит разрешающую способность телескопа и позволит изучать явления, которые ранее были принципиально недоступны для наблюдения.
Расстояние около полутора миллионов километров от Земли и пребывание в ее тени позволит телескопу наблюдать и фиксировать «самые таинственные явления во Вселенной. Особый интерес вызывает поиск „кротовых нор“ — своеобразных порталов между галактиками, существование которых пока рассматривается только в теории», — сообщала ранее пресс-служба «Роскосмоса».
| 24.02.22 | 24.02.2022 RuPosters. Россия планирует построить станции слежения в Аргентине и Африке |
Российские власти хотят построить станции слежения для астрофизической космической обсерватории "Спектр-М" за пределами государства. Сейчас ведутся переговоры с Аргентиной и Африкой, рассказал ТАСС руководитель астрокосмического центра ФИАН Сергей Лихачев.
"Переговоры ведутся с Аргентиной в Южном полушарии или, возможно, Южная Африка и другие страны Африки", - уточнил он.
Обсерватория "Спектр-М" способна исследовать объекты дальнего космоса в миллиметровом, субмиллиметровом и дальнем инфракрасном диапазонах спектра. С ее помощью специалисты рассчитывают получить данные о глобальной структуре вселенной, строении и эволюции галактик, их ядер, звезд, планетных систем, об объектах со сверхсильными гравитационными и электромагнитными полями, а также об органических соединениях в космосе.
"Спектр-М" хотят запустить на расстояние 1,5 млн км, в район точки Лагранжа L2 системы Солнце - Земля, в которой уравновешиваются силы притяжения обоих космических объектов, в 2029-2030 годах.
Ранее Ruposters писал, что "рука" МКС поймала американский корабль Cygnus.
| 24.02.22 | 24.02.2022 Lenta.Ru. Россия захотела построить станции слежения в Аргентине и Африке |
Фото: Константин Михальчевский / РИА Новости
В России хотят построить станции слежения для астрофизической космической обсерватории «Спектр-М» в Аргентине и Африке. Об этом ТАСС сообщил руководитель астрокосмического центра ФИАН Сергей Лихачев.
«Переговоры ведутся с Аргентиной в Южном полушарии или, возможно, Южная Африка и другие страны Африки», — сказал руководитель.
В феврале заместитель председателя Совета РАН по космосу академик Лев Зеленый заявил, что космический телескоп «Спектр-УФ» позволит вести наблюдение в ультрафиолетовом участке спектра, который недоступен для наблюдений с Земли.
В ноябре 2021 года заместитель директора ФИАН Лариса Лихачева на заседании Совета РАН по космосу сказала, что российский космический телескоп «Спектр-М» будет в 100 раз дешевле американской орбитальной лаборатории James Webb.
Российский космический телескоп «Миллиметрон» («Спектр-М») предназначен для исследования Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах (на длинах волн от 0,02 до 17 миллиметров). В 2013 году обсерваторию планировалось запустить в 2019-м. В настоящее время старт намечен на начало 2030-х годов.
https://lenta.ru/news/2022/02/24/spektr/
| 22.02.22 | 22.02.2022 Коммерсант. На всем белом свете. Тяжелая вода сделала люминесцентные комплексы в два раза ярче |
Российские ученые совместно с итальянскими коллегами синтезировали новые комплексы диспрозия — химического элемента из семейства лантаноидов, которые способны светиться при облучении. Химики выяснили, что улучшить люминесцентные характеристики этих соединений можно, заменив в их составе молекулы обычной воды на молекулы «тяжелой», а также часть атомов диспрозия на их нелюминесцирующий аналог. Это позволило в два раза увеличить люминесценцию комплексов, а также управлять цветом их свечения. Разработанные подходы могут использоваться для получения материалов для квантовой электроники, оптики и энергосберегающих технологий. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Сотрудник лаборатории Юрий Белоусов изучает люминесценцию синтезированного комплекса
Фото: Дмитрий Христолюбов
Лантаноиды — семейство химических элементов, представители которого обладают уникальными оптическими и магнитными свойствами. Например, многие лантаноидные соединения способны люминесцировать, то есть светиться в ответ на облучение. Поэтому их можно использовать при создании сенсорных материалов, источников белого света и других устройств.
В новой работе ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва), МГУ имени М. В. Ломоносова (Москва), Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана (Москва) и Университета Камерино (Италия) исследовали люминесценцию комплексов лантаноида диспрозия со сложным органическим лигандом из класса гетероциклических дикетонов. Такие соединения хорошо преобразовывают падающее излучение в собственное с другой длиной волны. Это обеспечивается тем, что органический лиганд выполняет роль антенны — он поглощает внешнее излучение, передавая его на лантаноид, который, в свою очередь, излучает собственный свет.
Сотрудники группы «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» ФИАН
Фото: Дмитрий Христолюбов
Существенный недостаток комплексов лантаноидов, как и многих других светящихся соединений, заключается в том, что в них происходит частичное тушение люминесценции. Этот процесс связан с тем, что молекула, приняв на себя электрон при облучении, должна «сбросить» с себя излишек энергии. Это может происходить двумя способами: или благодаря испусканию кванта света, то есть люминесценции, или путем превращения избытка энергии в тепло. Во втором случае излучения не происходит, и поэтому такой процесс называют тушением люминесценции. Существует множество приемов, помогающих уменьшить тушение, но до настоящего времени очень мало исследовалось, как они действуют при совместном применении.
Ученые синтезировали комплексы диспрозия, в которых этот химический элемент частично заменили на другой лантаноид — гадолиний, который не способен светиться. Кроме того, физики предположили, что улучшить свойства соединения можно, заменив обычную воду в его составе на «тяжелую» (D2O), в которой место атома водорода занимает дейтерий.
Образцы синтезированных комплексов при дневном свете и УФ-освещении
Фото: Илья Тайдаков
Оказалось, что после замены молекул обычной воды на «тяжелую» люминесценция затухала втрое медленнее и была в два раза ярче. Как предполагают авторы, это связано с отсутствием связей О-Н в тяжелой воде, где аналогичные связи O-D в меньшей степени рассеивают энергию в виде тепла. У соединений, где часть диспрозия заменили на гадолиний, также уменьшилась скорость затухания люминесценции, а влияние на яркость оказалось более сложным: слишком большая примесь гадолиния приводила к снижению эффективности свечения.
Молекулярная структура одного из синтезированных соединений
Фото: Belousov et al. / Dyes and Pigments, 2022
Кроме того, это позволило управлять цветом люминесценции. Так, при добавлении гадолиния спектр свечения с желто-зеленого изменялся на белый, близкий к дневному свету.
«Предложенные нами подходы помогут при разработке новых источников белого света, в частности органических светоизлучающих светодиодов. В дальнейшем мы планируем провести подобные эксперименты и с другими лантаноидами»,— рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Илья Тайдаков, доктор химических наук, руководитель группы «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» ФИАН.
Использованы материалы статьи «Towards Bright Dysprosium Emitters: Single and Combined Effects of Environmental Symmetry, Deuteration, and Gadolinium Dilution» (Dedicated to Professor Peter Junk, James Cook University, on the occasion of his 60th birthday); Yury A. Belousov, Vladislav M. Korshunov, Mikhail T. Metlin, Daria A. Metlin, Mikhail A. Kiskin, Denis F. Aminev, Nikolay P. Datskevich, Andrei A. Drozdov, Claudio Pettinari, Fabio Marchetti, Ilya V. Taydakov; журнал Dyes and Pigments, март 2022 г.
https://www.kommersant.ru/doc/5228415
| 18.02.22 | 18.02.2022 Научная Россия. Атомные часы как сверхчувствительный квантовый сенсор |
В разделе News&Views журнала Nature опубликована статья с комментариями российского физика на исследования научных коллективов Ботвелла и Чжана. Ведущий научный сотрудник ФИАН Ксения Хабарова рассказывает о последних достижениях в области измерения гравитационного красного сдвига с помощью оптических часов.
Для проверки теории относительности когда-то требовались точные часы, разделенные тысячами километров. Сегодня оптические методы сделали такие измерения возможными в атомном кластере размером не более одного миллиметра.
Для измерения гравитационного замедления времени требуются сверхточные часы. Сейчас точность времени определяется атомными часами, которые отсчитывают время с помощью определения энергии перехода между двумя электронными состояниями в атоме.
Новаторское исследование, проведенное в 2010 году, показало, что сравнение двух атомных часов, разделенных по высоте, позволяет измерить гравитационный красный сдвиг в масштабе менее одного метра. Прогресс, о котором сообщили Чжан и соавторы, улучшает этот подход, а Ботвелл с коллегами даже доводят измерение до субмиллиметрового масштаба с помощью ансамбля ультрахолодных атомов стронция, обладающего рекордным временем когерентности.
В ФИАН ведутся разработки нового поколения оптических часов на атомах тулия.
«Мы ориентированы на транспортируемые оптические часы. Поскольку уже продемонстрировано, что гравитационный красный сдвиг можно измерять на расстояниях порядка 1 мм с помощью облака атомов, то наша цель – научиться применять транспортируемые оптические часы для релятивистской геодезии. Таким образом, можно будет перевозить часы с места на место, измерять градиент гравитационного потенциала на планете», - говорит Ксения Хабарова.
Точность современных оптических часов может соответствовать ошибке менее одной секунды за время существования Вселенной. Такая точность стала возможна благодаря тщательному контролю условий эксперимента, эффективно продлевающему время, в течение которого можно предсказать квантовое поведение атомного ансамбля, известное как время квантовой когерентности. Чем больше время когерентности, тем стабильнее и точнее часы.
«Сейчас мы живем в эпоху, когда возникла необходимость измерять малые величины. Мы уже научились определять местоположение человека с точностью меньше 1 метра с помощью спутников ГЛОНАСС и тех атомных часов, которые расположены на земле. Для того чтобы просто ходить или ездить по дорогам, этого достаточно. Дальше увеличивать точность нужно и можно. На данный момент мы еще не дошли до того, чтобы запустить оптические часы на орбиту. Также хотелось бы научиться работать с оптическими часами не только в лабораторных, но и в полевых условиях. Это откроет возможности для релятивистской геодезии. Одно из практических применений транспортируемых оптических часов – поиск полостей в земле или мест с большим скоплением плотного материала, которыми могут быть полезные ископаемые. Для этого в том числе и нужны сверхчувствительные часы».
Рецензия опубликована в Nature News & views
Ksenia Khabarova (2022). Atomic clouds stabilized to measure dilation of time
https://www.nature.com/articles/d41586-022-00379-x
Источник информации и фото:
отдел по связям с общественностью ФИАН
https://scientificrussia.ru/articles/atomnye-casy-kak-sverhcuvstvitelnyj-kvantovyj-sensor
| 17.02.22 | 17.02.2022 Научная Россия. «Важная загадка квазаров ─ почему они появились так рано во вселенной» |
В этом месяце свой 50-летний юбилей отметил Николай Николаевич Колачевский ─ член-корреспондент РАН, директор Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН), доктор физико-математических наук. В интервью «Научной России» ученый рассказал о загадках квазаров, об исследовании ранней Вселенной и дальнего космоса и, конечно, о проектах ФИАН и своем пути в науку.
─ Вы родом из семьи физиков. С детства решили, что пойдете по стопам родителей?
─ Да, физика была мне интересна с детства, но на самом деле еще больше я любил химию и самостоятельно изучал ее до десятого класса. Что касается физики, то я учился в знаменитой Заочной физико-технической школе МФТИ, но для меня это было в некотором смысле рутиной, и химия привлекала намного больше, но по химическому пути я в итоге не пошел.
─ Почему?
─ Я поступил на факультет общей и прикладной физики МФТИ, а химия на тот момент там была не в почете. Как-то не удалось развить в себе эти навыки, да и физика начала увлекать меня больше.
─ А в чем, на ваш взгляд, заключается принципиальное различие между физикой и химией?
─ Исходя из моего опыта, из того, как я это прочувствовал на себе, химия ─ менее строгая наука, она более интуитивная: там нужно очень хорошо чувствовать, что получится, а что нет. Там ниже вероятность успеха получить ожидаемый результат. Большое количество химических формул, которое ты представляешь, вообще просто не существуют. Ты хотел бы с ними что-то сделать, но у тебя не получается. В этом смысле физика ─ более строгая наука.
─ И не такая абстрактная как математика.
─ Да. Физика ─ это экспериментальная наука, и, если физику с химией еще можно сравнивать, потому что обе они экспериментальные, то математика в этот ряд вписывается с трудом. Настоящая математика действительно абстрактна, и не стоит ждать, что ты сможешь проверить экспериментально какие-то результаты, выводы, постулаты.
─ В то время любая теоретическая физика рано или поздно обязательно должна подтверждаться экспериментом?
─ Скажем так, это крайне желательно. Конечно, сейчас теоретическая физика все больше уходит в область теории поля, в область таких величин энергий, которые недостижимы в существующей Вселенной. Есть попытки построить теорию великого объединения, узнать больше о ранних стадиях Вселенной, ведь сейчас мы, как известно, находимся в холодной Вселенной. Но в целом такие исследования, где роль эксперимента не так существенна, ─ это не бóльшая часть физики, и людей, которые этим занимаются, не так много.
─ К слову о ранней Вселенной, в ФИАНе в советские годы работал выдающийся физик Андрей Линде, который внес пионерский вклад в развитие инфляционной модели Вселенной. Эти исследования продолжаются в Институте?
─ Да. В теоретическом отделе им. И.Е. Тамма ФИАН работает группа астрофизиков, развивающих эту теорию о том, что Горячему Большому взрыву предшествовала стадия инфляции. Это инфляционное направление тоже представляется немного абстрактным, но все же эти исследования можно соотнести с наблюдательными данными: например, есть микроволновое реликтовое излучение ─ отклики прошлых событий, которые мы наблюдаем в сегодняшней Вселенной. Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)
В целом, в мире астрофизики сейчас ведется много интересных наблюдений. Я бы вообще назвал последнее десятилетие триумфом астрофизики ─ мы стали свидетелями открытия гравитационных волн, экзопланет, изучения черных дыр и т.д. К черным дырам ученые, конечно, до конца не приблизились, но уже подходят вплотную, и, если раньше эти объекты были лишь абстракцией и существовали только на бумаге, то сегодня мы имеем прямые наблюдения черных дыр в миллиметровом диапазоне волн. Теория инфляции, о которой вы спрашиваете, ─ тоже одна из сложно подтверждаемых теорий, но она очень интересна для изучения.
ИНФЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ ─ космологическая модель, предполагающая, что на самом раннем этапе эволюции Вселенной, когда ее возраст составлял от 10–43 до 10–37 секунд, Вселенная претерпела колоссальное расширение, которое привело к экспоненциальному росту всех пространственных масштабов. Термин «инфляция» в космологии обозначает быстрый рост масштабов, при котором скорость роста пропорциональна значению самого масштаба. Этот термин очень точно описывает характер расширения ранней Вселенной. Источник справки: Большая российская энциклопедия.
Источник изображения: Схема расширения Вселенной. © NASA. Перевод: МЕТОДИСТ.
─ Не забудем и про кротовые норы, на поиск которых, в частности, нацелен один из крупнейших проектов ФИАН ─ «Миллиметрон». В то же время есть ученые, которые не верят в существование этих удивительных объектов. А что думаете вы? Они существуют?
─ Конечно, я не могу сказать однозначно, да или нет. Поэтому давайте вернемся к истории черных дыр. Вплоть до 2010 года черные дыры все же считались некой абстракцией, и экспериментальных подтверждений их существования не было. Однако в последние годы мы видим настоящий триумф этого направления, вспомнить хотя бы знаменитую фотографию черной дыры. Возможно, та же история ждет и кротовые норы? В принципе, теория не возбраняет существование кротовых нор, и, может быть, если наблюдательные методы, в том числе космический телескоп «Миллиметрон», нам позволят, мы узнаем больше об этих пока гипотетических объектах.
Космическая обсерватория «Миллиметрон» («Спектр-М») ─ проект Астрокосмического центра ФИАН. Это 10-метровый космический телескоп, предназначенный для исследования различных объектов во Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах длин волн от 0,07 до 10 мм. Обсерватория имеет два режима работы: режим одиночной антенны и интерферометр космос-Земля. Первый режим будет иметь наилучшую чувствительность для изучения самых слабых источников Вселенной. Второй режим обеспечит высокое угловое разрешение до 10-8 ─ 10-9 угловых секунд дуги, что позволит проводить изучение структуры самых компактных объектов во Вселенной ─ сверхмассивных черных дыр.
Источник справки и фото: «Миллиметрон»
─ В чем уникальность «Миллиметрона»?
─ Если «Миллиметрон» будет запущен в 2030 году, как планируется, то это будет единственное зеркало в космосе, охлажденное до температуры жидкого гелия (менее -268 градусов по Цельсию) ─ то есть это очень чувствительный прибор. Кроме того, уникален и диапазон телескопа: миллиметровый и инфракрасный диапазон длин волн от 0,07 до 10 мм. Такой диапазон позволит сквозь толщу пыли посмотреть на объекты с большим красным смещением. Методы радиоастрономии со сверхдлинной базой, РСДБ, позволят достичь очень высокого углового разрешения, то есть детализации объектов, так же, как это уже было достигнуто в проекте «РадиоАстрон», идейным вдохновителем которого был академик Николай Семенович Кардашев. Я назвал лишь основные отличительные особенности, на самом деле их гораздо больше. Мы ждем очень интересных результатов от «Миллиметрона» по изучению дальнего космоса, вплоть до самых окраин Вселенной, ну и, конечно, соседних галактик.
─ Какие еще загадки Вселенной, помимо кротовых нор, будет исследовать «Миллиметрон»?
─ Это будет детализация черных дыр, детализация галактических джетов, а также квазаров ─ астрономических объектов, которые находятся очень далеко от нас и обладают гигантским красным смещением (прим., спектр объекта смещается в красную часть, когда объект удаляется от нас; таким образом, чем выше красное смещение объекта, тем дальше он находится от нас).
Эти квазары, или сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, с массой 109 масс Солнца и больше, то есть миллиарды масс Солнца, крайне интересны. Их загадка заключается в том, что эти объекты образовались слишком рано по отношению к моменту Большого взрыва.
В космологических моделях предполагается, что для того, чтобы в галактике скопилась столь большая масса, нужен какой-то длительный процесс (около миллиарда лет от момента Большого взрыва) и чтобы произошел некий коллапс ─ то есть это очень длительная по времени история. Однако последние наблюдения показывают, что самые молодые квазары имеют возраст от десяти до ста тысяч лет ─ это удивительно мало. А такие монстры с гигантской массой миллиарды масс Солнца, о которых я упомянул выше, имеют возраст 700 млн лет, что тоже очень мало! Не очень понятно, как они образовались. Помимо проблемы с длительностью процесса аккреции существует еще и проблема создания необходимой «затравочной» массы, которая должна быть порядка 103-105 масс Солнца.
─ Они что возникли как-то спонтанно, слишком резко?
─ Сейчас мы не можем этого сказать точно. Вообще, вопрос звездообразования довольно сложный и полностью не изучен. Мы не знаем до конца, как образовывались первые звезды, и как они образуются сейчас, какую роль в этом процессе играют магнитные поля, джеты и т.д.
Более того, исследования показывают, что черные дыры иногда стимулируют рождение звезд: парадоксально, ведь, казалось бы, они разрывать их должны или поглощать, но мы видим процессы, которые, напротив, приводят к звездообразованию. Так рентгеновское излучение, возникающее в результате аккреции вещества на черную дыру, способствует образованию молекулярного водорода, что, в свою очередь, способствует образованию звезд.
Еще одно направление «Миллиметрона», которое мне особенно интересно, ─ это регистрация воды во Вселенной, а вода, как известно, это жизнь. Мы нацелены на поиск водяного пара, молекул воды, органических соединений в дальнем космосе. «Миллиметрон» ─ сверхчувствительный инструмент, который как нельзя лучше подходит для решения таких задач.
Квазар, или квазизвездный радиоисточник ─ это один из типов активных ядер галактик. Квазары также одни из ярчайших объектов во всей Вселенной, и, по сути, они не что иное, как сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, взаимодействующие с окружающим их газом. По своей яркости квазары могут затмевать даже целые галактики. Первый квазар был открыт в 1963 году.
Иллюстрация: фотобанк 123RF.
─ Помимо «Миллиметрона» в ФИАНе есть еще один примечательный проект ─ единственный в России ионный квантовый компьютер. Насколько я знаю, это важнейшая область ваших научных интересов?
─ Да, все верно. Изначально я занимался рентгеновской оптикой, моя кандидатская диссертация была посвящена рентгеновской оптике, а именно физике Солнца. Затем я сместил интересы в область нелинейной, лазерной физики. Затем занимался точными оптическими измерениями в Германии в рамках Гумбольдтовской научной стипендии. Потом довольно долго здесь, в ФИАН, мы с коллегами занимались (и продолжаем заниматься) оптическими часами, которые имеют большой и интересный спектр применения. Их используют для задач навигации, с их помощью пытаются зарегистрировать темную материю и многое другое. Кроме того, техника оптических часов может быть использована и для создания прототипов квантовых компьютеров. Оказывается, что методы, которые требуется для реализации прототипов квантовых компьютеров на ионах, очень похожи на методы, которые нужны для оптических часов: это лазеры, охлажденные частицы, это управление квантовыми состояниями и не только. Эти исследования мы сейчас ведем в нашей лаборатории сложных квантовых систем в рамках Национальной квантовой лаборатории в партнерстве с Российским квантовым центром и ГК «Росатом».
─ Ваш квантовый компьютер уже работает?
─ Да. За последние два года нам действительно удалось создать четырехкубитный квантовый компьютер, который сейчас уже работает в ФИАН. Компьютер подключен к облачной платформе, и на нем можно проводить эксперименты. Наши коллеги из МГУ и Российского квантового центра пробуют с ним взаимодействовать дистанционно. Понятно, что его характеристики не дотягивают до лучших западных образцов, но первый важный шаг в этом направлении нами уже сделан.
─ Для решения каких задач его можно будет использовать?
─ Есть огромное количество направлений. Это могут быть задачи, связанные с шифрованием или дешифрованием, то есть криптография, а также поиск фазовых переходов, поиск потенциальных минимумов в энергетически сложных квантовых системах, например для задач сверхпроводимости. Программируемые квантовые компьютеры, которые мы пытаемся реализовать здесь, будут применимы в оптимизационных задачах, то есть там, где необходим поиск сложных корреляций, сложных связей внутри системы. Это уже ближе к логистике и инженерному проектированию. Пока что мы находимся в самом начале своего пути в этом направлении.
Квантовый компьютер на ионах в ФИАН.
Фото: Николай Малахин, «Научная Россия».
─ ФИАН, пожалуй, можно назвать визитной карточкой нашей физики: семь Нобелевских лауреатов, выдающиеся открытия и изобретения, признанные во всем мире. Институт по-прежнему сохраняет свои позиции на международной научной арене?
─ Вопрос сложный, потому что наше научное лицо все-таки определяется конкретными людьми, работающими в тот или иной период времени, а не названием и статусом института. Конечно, имя института в некотором смысле играет роль, но ключевой вопрос ─ это, собственно, сами ученые. Сегодня мы публикуем свои исследования по всем направлениям современной физики. И, если судить с этой стороны, мы выглядим ну очень неплохо! Понятно, что мировая конкуренция очень велика, особенно это касается китайской науки, которая за последние годы неимоверно продвинулась вперед в физике.
Еще 20 лет назад Китая как такового в науке не было, а сейчас он имеет очень сильные позиции на мировой арене. За последние годы Китай вложил колоссальные человеческие усилия и денежные ресурсы в развитие своей науки, и результат не заставил себя ждать.
Возвращаясь к вашему вопросу, ФИАН по-прежнему признан во всем мире, но наша задача не почивать на лаврах, а развиваться дальше. И, кстати, не бывает такого, что ты, например, подаешь статью в престижный научный журнал, и редактор, видя, что она из ФИАН, сразу дает ей зеленый свет. Скорее, наоборот ─ наш престиж признан во всем мире, поэтому с нас и спрос строже.
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) ─ главный научно-исследовательский центр страны в области физики, «родовое гнездо» семи нобелевских лауреатов: Николая Басова, Виталия Гинзбурга, Александра Прохорова, Андрея Сахарова, Игоря Тамма, Ильи Франка, Павла Черенкова. В ФИАНе родилась теория термоядерных реакций ─ выдающаяся работа Сахарова-Тамма, был открыт эффект Вавилова-Черенкова, создана теория сверхпроводимости Гинзбурга-Ландау. В стенах Института впервые открыли лазеры, рассеяние Мандельштама-Бриллюэна, а также принцип автофазировки Векслера-Макмиллана, эффект Франца-Келдыша, разработали метод Хартри-Фока и сделали много других выдающихся фундаментальных открытий.
Фото: из архива «Научной России».
К слову о международных контактах. У нашего Института есть своя особая гордость, недооцененная, как я считаю ─ это наш государственный филиал в Казахстане: Тянь-Шаньская высокогорная научная станция ФИАН. Она находится недалеко от Алма-Аты, примерно в 50 километрах от города. Ученые, в частности, занимаются исследованием гроз, продолжая дело академика А.В. Гуревича. Изучаются не только грозы, но и космические лучи, их влияние на образование молний, на выпадение осадков, проводится поиск широких атмосферных ливней. Там работает 40 человек, несколько докторов наук. По сегодняшним меркам это действительно уникальная научная станция.
Изучение космических лучей (КЛ) на Тянь-Шаньской высокогорной научной станции ФИАН ─ это мировой уровень решения астрофизических задач. Ученые исследуют различные компоненты КЛ при энергиях, превышающих энергии Большого адронного коллайдера, занимаются изучением экзотических явлений за пределами Стандартной модели, поиском темной материи, новых источников гама-излучения во Вселенной и не только. Ученые ФИАН считают, что происхождение КЛ сверхвысоких энергий может быть напрямую связано с проявлениями физики за пределами Стандартной модели фундаментальных взаимодействий.
Источник фото: ФИАН.
В целом, Россия участвует в самых разных коллаборациях: Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах, ИТЭР, ЦЕРН и другие проекты. Сейчас рассматривается вопрос входа российских ученых в Южную астрономическую обсерваторию (ESO). Но это все-таки коллаборационные истории, а иметь собственные филиалы ─ это совсем другое дело: оно очень хрупкое, и его нужно поддерживать, развивать.
Мне кажется, мы почти разучились создавать научные организации ─ то, что советская власть, кстати, умела делать неплохо. Если посмотреть, сколько научных организаций было создано за последние годы, то их можно пересчитать по пальцам: Сколково, Российский квантовый центр, Иннополис и несколько других проектов, включая программу «5-100» по развитию вузов, но эта программа ─ не новое, а хорошо забытое старое. Эти навыки на самом деле утеряны. Сейчас, например, по поручению президента России создается научный центр физики и математики НЦФМ «Большой Саров». Но как вдохнуть жизнь в этот центр? Привлечь людей, студентов, поддерживать вокруг инфраструктуру, создать определенную среду для общения и обмена опытом ─ все это очень непросто.
Николай Колачевский впервые реализовал глубокое лазерное охлаждение редкоземельного атома тулия до температур 10 мкК (для решения задачи создания высокоточных оптических часов), а также вторичное охлаждение и захват тулия в магнитную и оптическую ловушки. Реализовал новые принципы стабилизации частоты лазеров, позволяющие получать компактные перестраиваемые источники лазерного излучения со спектральной шириной линии менее 1 Гц.
Источник: сайт ФИАН.
Фото: Николай Малахин, «Научная Россия».
─ Николай Николаевич, в этом месяце вы отметили 50-летний юбилей. Об Институте мы уже поговорили. А что насчет ваших личных целей на ближайшее время? Расскажите о них.
─ В последнее время мои личные цели сфокусированы вокруг семьи, потому что у меня подрастают два маленьких ребенка: дочери три года, а сыну полтора месяца. Думаю, в этом плане мои цели знакомы и понятны всем родителям. Хотя, конечно, меня не оставляют мечты, что когда-нибудь я вернусь к путешествиям, к водному туризму и дайвингу без акваланга, к рукоделию и музицированию, которые я тоже очень люблю. Когда есть время и настроение, я очень люблю играть на пианино, надеюсь, что время и силы на это хобби найдутся.
Стараюсь развиваться вместе со своими детьми, к которым я, кстати, отношу и своих студентов тоже. Одна из самых больших радостей для меня ─ это защита диссертаций, когда мои студенты-аспиранты доходят до уровня защит кандидатских ─ это очень приятно. Конечно, хотелось бы, чтобы дальше это все переходило в докторские диссертации, хотя сейчас, почему-то, это идет очень тяжело: люди ставят себе высокие планки и не всегда могут с ними справиться. Тем не менее, когда мои студенты достигают своих научных целей, для меня это всегда огромное удовольствие.
