Мы на пороге великих открытий — физик из Хабаровска

Человечество оказалось на пороге новых великих открытий в области физики. И Хабаровск не отстаёт. Уже несколько лет на базе Тихоокеанского государственного университета работает созданная на солидный грант Минобрнауки России научно-исследовательская лаборатория моделирования квантовых процессов.

Какие открытия она уже принесла, какую практическую пользу людям несёт физика, в эксклюзивном интервью корреспонденту ИА «Хабаровский край сегодня» Даниилу Горчакову рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории кандидат физико-математических наук Александр Мазур.

В погоне за тёмными силами

Научно-исследовательская лаборатория квантовых процессов в хабаровском ТОГУ открылась несколько лет назад. Меня сразу предупредили, что каких-то сложных приборов, а уж тем более аналогов нашумевшего адронного коллайдера тут нет. Просто сеть современных компьютеров и серверов в уютных кабинках, где трудятся молодые и уже опытные учёные. Сложнейшие процессы на квантовом уровне тут моделируют математически.

— Раньше говорили: физика — наука о двух ногах. Есть эксперимент, есть теория. Теория что-то предсказала новое, экспериментально это проверяют. Что-то новое дал эксперимент — теория это объясняет, — говорит Александр Мазур. — Сейчас важным аспектом стало моделирование. Фактически это третья нога физической науки. Эксперименты на уровне элементарных частиц стали невероятно дорогими. Наглядный пример — построенный на границе Швейцарии и Франции Большой адронный коллайдер. Это гигантский подземный тоннель протяженностью около 27 км, нашпигованный самым дорогим оборудованием, в котором пучки протонов разгоняют почти до скорости света, сталкивают и изучают получившиеся в результате столкновения элементарные частицы. Так несколько лет назад учёные экспериментально зарегистрировали знаменитый бозон Хиггса, благодаря которому частицы материи приобретают массу.

— Мы живём в любопытное время! На рубеже веков в физике происходит революция. В начале XX века на фундаменте ньютоновской физики появилась теория относительности Эйнштейна, квантовая механика. Сейчас бьёмся над раскрытием величайшей загадки Вселенной — тёмной энергии и тёмной материи, — отмечает физик. Только представьте, все видимые нами звёзды и галактики составляют не больше 5% массы Вселенной! Остальное — пока загадка. Астрономы знают, что планеты в Солнечной системе вращаются тем медленнее, чем дальше они находятся от светила. Это логично и следует из хорошо проверенных законов Ньютона. На уровне же галактик всё не так. Звёзды вращаются с одинаковой скоростью и в центре, и на окраине галактик. Делать это их заставляет та самая странная и совершенно не видимая ни нашим глазам, ни приборам тёмная материя. Темная энергия — ещё более загадочный объект, она проявляется только на межгалактических расстояниях.

Создаём новый суперкомпьютер

У сотрудников лаборатории моделирования квантовых процессов хабаровского ТОГУ уже есть опыт участия в открытиях, которые позволяют раскрывать тайны Вселенной. В 2016 году Александр и Игорь Мазуры совместно с учёными НИИ ядерной физики им. Д. В. Скобельцына (МГУ), а также университетов США и Германии приступили к изучению свойств экзотической ядерной системы, состоящей из четырех нейтронов — тетранейтрона. Ранее в науке были большие сомнения, что тетранейтрон вообще может существовать. Исследования с участием хабаровских физиков-теоретиков доказали его реальность. А летом прошлого года международная группа экспериментаторов в Японии подтвердила существование тетранейтрона.

— Существует же такие объекты как нейтронные звёзды. Они состоят из одних только нейтронов. А вот отдельно взятый нейтрон — частица нестабильная, вне ядра он через 15 минут распадётся на протон, электрон и ещё одну элементарную частицу — антинейтрино. Не могут существовать в природе и системы, состоящие из двух и трех нейтронов. Но, как показали результаты моделирования с помощью суперкомпьютеров, четыре нейтрона могут образовать резонансное состояние со временем жизни менее одной тысячной миллиардной миллиардной доли секунды. Однако это время достаточно велико по сравнению с характерным ядерным временем, и такую систему можно зарегистрировать на эксперименте, — объяснил учёный.

Участвуют хабаровские физики и в других исследованиях. Например, совместно с московскими коллегами занимаются теоретическим анализом результатов, полученных еще на одной из крупнейших современных экспериментальных установок — лазере на свободных электронах. Есть группа молодых учёных, которые ведут исследования по созданию квантового компьютера будущего.

— В обычных компьютерах работа основана на использовании бита как единицы информации. Это последовательность из нолей и единиц. Наша же лаборатория ведёт моделирование квантовых кубитов. Чтобы понять принцип их работы, нужно разбираться в квантовой механике. Но скажу просто: кубиты содержат намного больше информации по сравнению с битами. Поэтому квантовые компьютеры будут решать задачи намного быстрее обычных компьютеров, — рассказал Александр Мазур. Пока учёные не загадывают, когда именно квантовые компьютеры вытеснят обычные из коммерческого использования. Но очевидно, что время это не за горами. Первые модели основанных на кубитах электронных устройств уже появились и в мире, и в России.

Лаборатория, созданная в ТОГУ, уникальная. Это молодежная лаборатория. Подобной нет даже во Владивостоке. Она стала уже настоящей кузницей физиков-теоретиков. Публикации наших специалистов регулярно выходят в ведущих научных изданиях не только России, но и мира. В прошлом году вместо запланированных трёх статей в престижнейших международных журналах, опубликовали сразу семь таких работ. Общее же число работ, опубликованных в прошлом году — 17. К счастью, санкции не повлияли на наши контакты с американскими и европейскими коллегами. Интерес к нашим исследованиям сохраняется высоким.

Как же становятся физиками, спрашиваю у Александра Игоревича. Известно, что Мазуры уже стали настоящей научной династией на Дальнем Востоке.

— Мне любовь к физике привил отец Игорь Григорьевич. Он работал учителем физики в селе Вострецово, в ста километрах на восток от приморского городка Дальнереченск. Школа хоть и сельская, но он оборудовал настолько хорошо кабинет физики, что я с детства там постоянно пропадал. Привлекала меня и музыка — я учился играть на баяне, но победила физика. Собрался ехать в Новосибирск. Там в НГУ одна из лучших физических школ в стране. Но на тот момент не оказалось билетов на самолет, а экзамены в НГУ проводились в начале июля. Так и поступил на физфак Дальневосточного госуниверситета во Владивостоке. По распределению попал в хабаровский Политен. Не жалею ни капли. Сын мой Игорь тоже пошёл путём физика. Закончил физфак МГУ, защитился и возглавил нашу лабораторию. Сейчас он в длительной командировке, поэтому решаем вопрос о смене руководства. У нас уже есть молодые кандидаты наук — воспитанники нашей лаборатории, достойные возглавить её, — отметил Александр Мазур. Очень радует возросший интерес со стороны государства к подготовке молодых учёных. С этого года по инициативе краевых властей в ТОГУ открывается целевая аспирантура. Пока физикам выделено два места. Край оплатит учёбу молодых учёных, но они должны за 4 года защитить диссертацию, а затем отработать не менее трёх лет по распределению. — Я надеюсь, что наши ребята тут и останутся. Лаборатория в ТОГУ создана не на короткое время. Работы ещё очень много, — резюмировал учёный.