Молодые ученые НИЯУ МИФИ стали победителями конкурса грантов РНФ

В начале июля 2021 года были объявлены результаты конкурса грантов Российского научного фонда. Научные исследования молодых ученых НИЯУ МИФИ были одобрены и получили финансовую поддержку.

Конкурс молодежных научных групп

Среди победителей конкурса молодёжных научных групп Российского научного фонда этого года оказался коллектив под руководством к.ф.-м.н.,доцента Института ИЯФиТ НИЯУ МИФИ Евгения Солдатова. Проект посвящен нейтральным электрослабым многобозонным вершинам.

«Проект касается актуальной научной повестки эксперимента ATLAS, универсального детектора, который исследует физику частиц в различных областях. — отметил Евгений Солдатов. — Я уже много лет работаю в группе электрослабого сектора стандартной модели, в эксперименте ATLAS, и занимаюсь исследованиями совместных рождений нескольких бозонов».

Стандартная модель (СМ) — это современная теория физики элементарных частиц. Бозоны — это частицы, из которых состоят поля взаимодействия, то через что взаимодействуют частицы. Чтобы произвести их в больших количествах и понять, как взаимодействие устроено, какие у него свойства, нужны ускорители. У ускорителей сейчас уже хватает энергии на очень редкие процессы СМ, например, на совместное рождение двух или трех бозонов. Данная область исследований дает возможность прецизионной проверки стандартной модели. Это важно, так как последние годы мы начинаем находить все больше вещей, которые дают повод говорить об отклонениях от СМ или даже не описываются ею. Например, она не включает гравитацию и частицы, из которых состоит темная материя и темная энергия, она не может объяснить ненулевую массу нейтрино.

По словам Евгения Солдатова, исследовательская группа работает над расширением стандартной модели: «Существует масса теорий-кандидатов для такого расширения, но именно эксперимент может проверить и подсказать, в какую сторону двигаться и развивать теорию. Наши усилия направлены на экспериментальные поиски так называемых проявлений новой физики, а именно отклонений от стандартной модели. Изучение многобозонных рождений — редких процессов — позволяет реализовать эту точную проверку СМ. Особенно интересны взаимодействия нейтральных бозонных вершин: в стандартной модели они подавлены: существуют только на петлевом уровне».

Также Евгений Солдатов отметил, что основная работа связана с обработкой и анализом данных: «Мы пишем программы для обработки данных, чтобы классифицировать сигнальный процесс и отделить от фоновых процессов. Эту задачу мы решаем в том числе и с помощью машинного обучения. После оптимизации критериев отбора мы оцениваем фоновые процессы, и получаем значения для сечений и пределов. Также разрабатываем новые подходы к обработке данных, например, используем алгоритмы на основе нейронных сетей, дополнительную низкоуровневую информацию от детекторов, чтобы создавать дополнительные переменные, с помощью ее можно выделять сигнал более эффективно».

Другой обладатель гранта Российского научного фонда — проект «Тонкие размерно-упорядоченные нанокластерные пленки металлов как материал, эффективно поглощающий широкий спектр оптического излучения» под руководством к.ф.-м.н., доцента Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Олега Васильева.

Финансовую поддержку РНФ получил также проект коллектива под руководством к.ф.-м.н., старшего научного сотрудника Лаборатории «Физико-химические процессы в стенках термоядерных установок» Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Степана Крата (Тема «Исследование осаждения металлических слоёв из плазмы и накопления изотопов водорода в них»). Данный проект посвящён развитию разработанной теоретической модели накопления изотопов водорода в осаждённых из плазмы металлических слоях и развитию нового инструмента для экспериментального изучения данного процесса – системы плазменного осаждения металлических слоёв на основе разряда с полым катодом и дополнительным электрическим смещением мишени.

По словам Степана Крата, осаждение металлов с водородом из плазмы — процесс, имеющий большое значение как с точки зрения управляемого термоядерного синтеза (УТС), так и для будущей водородной энергетики. С точки зрения УТС, этот процесс представляет собой опасность, так как именно за счёт него в установках может накапливаться большое количество радиоактивного изотопа водорода — трития. С точки зрения водородной энергетики, этот процесс можно применять для создания накопителей водорода высокой ёмкости.

Развитие теоретической модели позволит успешно предсказывать скорость накопления радиоактивного трития в будущих термоядерных установках, делая их гораздо более безопасными. Созданная напылительная система будет обладать рядом преимуществ перед уже существующими, такими как возможность её практически неограниченного масштабирования и отсутствие магнитных полей, что даёт возможность получать покрытия из ферромагнитных металлов и металлов с низкой температурой плавления без технических сложностей, связанных с использованием традиционных магнетронных напылительных систем.

Конкурс инициативных исследований молодых учёных

В конкурсе инициативных исследований молодых учёных победили четыре проекта ученых НИЯУ МИФИ. Один из них — проект «Разработка алгоритмов динамической адаптации расчетных сеток для численного решения задач, связанных с многомерными нелинейными уравнениями в частных производных» к.ф.-м.н., доцента Института ЛаПлаз Кирилла Шильникова.

Также победителем стал проект «Разработка математических моделей и многомасштабных вычислительных схем для исследования процессов локализации пластической деформации в материалах при высокоскоростных сдвиговых нагрузках» Павла Рябова, к.ф.-м.н., доцента Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ, старшего научного сотрудника кафедры прикладной математики № 31 НИЯУ МИФИ. 

Исследование когерентных эффектов в электромагнитном излучении от метаповерхностей также было признано победителем конкурса грантов. Его автор — к.ф.-м.н., доцент ИНТЭЛ НИЯУ МИФИ, старший научный сотрудник Международной научно-исследовательской лаборатории «Излучение заряженных частиц» НИЯУ МИФИ Дарья Сергеева. Она отметила, что метаповерхности — это двумерные искусственные материалы, состоящие из отдельных элементов и демонстрирующие уникальные физические свойства: «В проекте исследуются метаповерхности, которые представляют собой массивы частиц размером меньше, чем длина волны излучения, формирующих решетку с двумя периодами.  Когда свободные электроны взаимодействуют с такими решетками, возбуждается излучение, характеристики которого зависят одновременно от параметров мишени и электронного сгустка. Это позволяет диагностировать нано- и микроструктуры с высоким разрешением, а также реализовать принципиально новые схемы диагностики электронных сгустков. Сегодня эта задача особенно актуальна в связи с проектированием во всем мире, в том числе в России, синхротронов 4го поколения, где высокие требования к качеству электронных сгустков — ключевой фактор». 

По словам Дарьи Сергеевой, в международной научно-исследовательской лаборатории «Излучение заряженных частиц» НИЯУ МИФИ широко исследуются различные типы излучения, возбуждаемые заряженными частицами от аморфных и кристаллических структур. Несколько лет назад начались теоретические исследования излучения от метаповерхностей, на основе макроскопического описания были получены его основные характеристики.  Учет когерентных эффектов в излучении от метаповерхностей, возникающих из-за наличия сгустка электронов, является принципиально новым, еще нереализованным направлением. Из-за того, что мишени периодические и ограничены в размерах, возникают новые когерентные явления, существенно меняющие как теоретические подходы, так и схемы диагностики в целом. В частности, ожидается, что в некогерентном излучении от метаповерхности проявятся характеристики сгустков, что раньше считалось невозможным. Если это удастся доказать, экспериментальные возможности существенно расширятся.

Еще одним победителем в конкурсе инициативных исследований молодых учёных РНФ стал проект к.ф.-м.н., доцента Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Виталия Краснова («Оптико-цифровые системы защищенной видеосвязи на базе дифракционного кодирования в пространственнонекогерентном свете»).  Исследователь отметил, что основным подходом является применение совокупности передовых методов формирования волнового фронта и регистрации световых распределений, базирующихся на новейших и перспективных возможностях пространственно-временных модуляторов света и цифровых фотосенсоров.

Идея проекта заключается в цифровой регистрации оптической свертки кадров кодируемого видеопотока с откликами синтезированных дифракционных элементов. Для цифрового ввода видеопотока и формирования кодирующего дифракционного элемента предполагается использование жидкокристаллических и микрозеркальных модуляторов света. Синтез кодирующих дифракционных элементов будет осуществляться оригинальными итерационными методами. Для устранения спекл-шума будет применено пространственно-некогерентное квазимонохроматическое освещение. Проблема влияния спектра кодируемого изображения на качество декодирования будет решена за счет использования дополнительных входных амплитудных масок. Планируется разработка методов и систем оптико-цифрового дифракционного кодирования видеопотоков в режиме реального времени в двух вариантах: кодирование существующего в электронном виде видеопотока и кодирование видеопотока в процессе его регистрации (кодирующая камера) с разрешением свыше 10 мегапикселей при длине кодирующего ключа свыше 100 000 бит. Ожидаемые результаты работы должны стать теоретической и экспериментальной базой для создания высокоскоростных систем обработки информации нового поколения.