Итоги-2023. Полет на Луну, квантовая нейросеть и мощнейший гамма-всплеск в истории

Физика и исследование космоса на протяжении многих лет находятся в списке самых популярных тем на портале «Научная Россия». В 2023 г. мы публиковали интервью и лекции с ведущими отечественными физиками-теоретиками и экспериментаторами,  писали статьи и новости, следили за запуском космических миссий в прямом эфире, а еще сняли научно-популярный фильм о загадках Стандартной модели фундаментальных взаимодействий. Пришло время подвести итоги и рассказать о самых важных событиях уходящего года!

Через тернии ― к Луне И ДАЛЕКИМ ПЛАНЕТАМ

В 2023 г. на Луну отправился первый в истории современной России космический аппарат «Луна-25», созданный в НПО им. С.А. Лавочкина. При выходе на предпосадочную орбиту двигатели сработали на 43 с дольше, чем положено, и нештатная ситуация привела к крушению аппарата. По словам научного руководителя первого этапа российской лунной программы академика Л.М. Зеленого, это стало тяжелой потерей и одновременно уроком.

«Разбивались аппараты и у С.П. Королева, и у его преемника Г.Н. Бабакина, но практика делает (космические аппараты. ― Примеч. ред.) совершенными», ― рассказывал в интервью ТК «Россия 24» Лев Матвеевич Зеленый.

Разработка уникальной аппаратуры для будущих проектов продолжается. Впереди ― космические миссии «Луна-26», «Луна-27» и «Луна-28», старт которых может быть сдвинут из-за проблем, связанных с импортозамещением. 

Перед крушением космический аппарат «Луна-25» все-таки успел передать на Землю важную информацию: фотографию одного из самых глубоких кратеров южного полушария Луны — Зеемана, результаты измерений потоков гамма-лучей и нейтронов от лунной поверхности, параметры окололунной космической плазмы и газопылевой экзосферы на окололунной орбите. Космический аппарат также успел зафиксировать удар микрометеорита, принадлежащего к метеорному поясу Персеиды, и зарегистрировал наиболее интенсивные линии химических элементов лунного грунта в энергетическом спектре гамма-лучей.

В августе 2023 г. к Луне также отправилась индийская автоматическая лунная станция «Чандраян-3». 23 августа в 15:33 по московскому времени космический аппарат успешно приземлился на лунную поверхность. Это событие стало историческим по двум причинам: во-первых, до этого дня ни один космический аппарат не совершал успешного прилунения в этой области земного спутника возле южного полюса Луны, а во-вторых, Индия стала четвертой в мире страной, успешно посадившей космический аппарат на Луну после СССР, США и Китая.

2 сентября 2023 г. на околоземную орбиту была выведена автоматическая станция по изучению Солнца Aditya-L1 ― еще один амбициозный проект Индии. Космический аппарат уже передал изображения фотосферы и хромосферы светила с использованием 11 различных фильтров и первые в истории изображения Солнца в виде полного диска в диапазоне длин волн от 200 до 400 нм. Миссия продолжается.

Российские квантовые технологии

В 2023 г. стало известно, что российская квантовая нейросеть провела первые вычисления. Молодые ученые МФТИ первыми в России экспериментально реализовали работающий алгоритм квантового обучения в цепочке сверхпроводящих кубитов. Квантовая нейросеть из нескольких кубитов решила задачи многоклассовой классификации и распознавания рукописных изображений с точностью более 90%. А годом ранее ученые МФТИ также впервые в России продемонстрировали действующий квантовый процессор.

Еще один интересный проект был представлен на международной научной конференции ICQT 2023. Речь идет о квантовой технологии, с помощью которой можно шифровать данные невзламываемыми ключами. По словам специалистов Российского квантового центра, создание защищенных каналов связи на основе квантового распределения ключей позволит гарантированно защитить полезную информацию от компрометации и несанкционированного доступа.

Ученые МГУ им. М.В. Ломоносова и Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН), в свою очередь, в уходящем году впервые предложили использовать ультрахолодные ионы для создания квантовых мемристоров (электрические сопротивления с эффектом памяти, позволяющие создать аналог биологического синапса ― Примеч. ред.) и проведения квантовых нейроморфных вычислений. Специалисты пришли к выводу, что ионная платформа обладает рядом преимуществ по сравнению с предложенными ранее: она дает возможность создания целой последовательности связанных единичных мемристоров для проведения логических операций. Результаты исследования были опубликованы в журнале Entropy. Авторы работы подчеркнули, что развитие  квантовых мемристоров и их использование в нейроморфных вычислениях на текущий день находятся в зачаточной стадии.

Человек-гора

Уходящий год запомнился не только новыми технологиями, но и открытием новых мест, связанных с корифеями физической науки в нашей стране. В сентябре на горе Академика Фортова, что в Приэльбрусье, был установлен мемориал в честь выдающегося физика и организатора науки, бывшего президента РАН Владимира Евгеньевича Фортова. К названному в честь академика пику памятную доску подняли группа альпинистов, ученых, меценатов и дочь В.Е. Фортова Светлана Владимировна Фортова. Скоро к мемориалу будет продолжена научная тропа ― маршрут для туристов, посвященный жизни и деятельности ученого.

«Важна не только установка мемориала, но и сам факт, что в честь папы был назван горный пик. Может показаться, что подобное сделать просто, но на деле произошло поистине уникальное событие, потребовавшее больших организационных усилий и поддержки со стороны республики, министерств и многих других организаций. Была решена невероятная по сложности задача. Впервые за 300-летнюю историю академии наук, да и вообще в истории в честь ученого-физика назван столь крупный географический объект на Кавказе. Гора Академика Фортова теперь нанесена на все карты мира», ― рассказывала С.В. Фортова в разговоре с корреспондентом портала «Научная Россия».

С этого года имя Владимира Евгеньевича Фортова также стала носить площадь в наукограде Черноголовке. В этом городе ученый работал на протяжении многих лет. Академик руководил отделом экстремальных состояний вещества в Институте проблем химической физики РАН и был главным научным сотрудником лаборатории теплофизики плотной плазмы. Не осталась в стороне и Москва. В 2023 г. на Новодевичьем кладбище был открыт памятник В.Е. Фортову. На открытии памятника семья, друзья, соратники ученого произнесли слова в дань уважения и благодарности к человеку, изменившему облик российской науки.

Маленькие частицы и большой космос

Физика элементарных частиц ― один из самых обсуждаемых разделов науки. Удивительный мир кварков, лептонов, глюонов, фотонов, бозонов и других кирпичиков материи и переносчиков взаимодействий на протяжении десятилетий исследуют в ускорительных комплексах по всему миру. Что интересного принес этот год?

На Большом адронном коллайдере при участии российских ученых из Объединенного института ядерных исследований удалось поймать нейтрино. Эти частицы были обнаружены на БАК впервые. Оказалось, что они имеют самую высокую энергию, когда-либо зарегистрированную в лабораторных условиях. Ученые уверены, что это достижение внесет значительный вклад в текущие экспериментальные исследования физики элементарных частиц и проложит путь к дальнейшим открытиям в этой области. Результаты исследований были опубликованы в журнале Physical Review Letters в двух статьях, выпущенных от имени двух коллабораций: FASER и SND@LHC.

«Действующие детекторы на БАК не предназначены для регистрации нейтрино. Однако созданные специально с этой целью установки FASER и SND@LHC сумели их зарегистрировать на расстоянии около 400 м от точки столкновения протонов БАК. При этом нейтрино от БАК имеют намного более высокую энергию, чем другие нейтрино искусственного происхождения», ― прокомментировал соавтор одной из статей, участник эксперимента FASER, начальник сектора экспериментальной нейтринной физики научно-экспериментального отдела физики элементарных частиц лаборатории ядерных проблем ОИЯИ Юрий Алексеевич Горнушкин.

В 2023 г. новые уникальные результаты в области физики частиц представили также ученые из НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова. Им удалось получить первые и единственные в мире сечения электророждения пар заряженных пионов (пионы ― самые легкие из сильновзаимодействующих частиц (адронов). — Примеч. ред.) на протонах в области масс нуклонных резонансов до 2,0 ГэВ и в интервале квадратов четырех импульсов виртуальных фотонов Q² до 5,0 ГэВ². По словам исследователей, это стало важным шагом на пути к открытию механизмов формирования массы адронов и расширило перспективы доступа к механизмам сильного взаимодействия, определяющим формирование доминирующей части массы видимой материи во Вселенной.

Не менее увлекательные открытия были сделаны на просторах космоса. Так, в этом году астрономы измерили самый мощный гамма-всплеск в истории науки. Он был зарегистрирован в созвездии Стрельца в октябре 2022 г. Результаты многоволновых наблюдений самого яркого гамма-всплеска, получившего название GRB 221009A, представили ученые Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова совместно с зарубежными коллегами. Основываясь на этих данных, специалисты предложили новую модель джетов (струй плазмы, вырывающихся из центральных областей некоторых  галактик. ― Примеч. ред.) и скорректировали вероятность наблюдения подобного мощного гамма-всплеска в будущем. Гамма-всплеск GRB 221009A был в 70 раз ярче, чем ранее наблюдавшиеся всплески гамма-излучения.

Фотографии в галерее: Глеб Федоров / МФТИ, Сергей Бобылев / ТАСС, личный архив С.В. Фортовой