Электромагнитное излучение, генерируемое ускорителями и атомно-молекулярные процессы

    Ускорители давно применяются не только для создания пучков заряженных частиц большой энергии. Одно из последних впечатляющих достижений в области электронных ускорителей создание лазеров на свободных электронах (ЛСЭ) в режиме самоусиления спонтанной эмиссии.
В миреработают три такие установки: FLASH (2007. Германия), SCSS (2009. Япония) и LCLS (2009. США). Еще несколько строятся или проектируются; среди них Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах XFEL в Гамбурге. Интенсивность рентгеновского или крайнего ультрафиолетового излучения ЛСЭ, сконцентрированного в фемтосекундном импульсе, на 7-8 порядков выше, чем у лучших синхротронных источников предшествующего поколения. Уже сейчас новый инструментарий позволяет получать моментальные снимки квантовых обьектов, изучать ход квантовых процессов во времени и управлять ими. давать уникальную информацию о фотопроцессах с низкими сечениями источнике новых фундаментальных представлений о взаимодействии излучения с веществом. Будущее покажет, к каким новым открытиям приведет этот революционный прорыв.


А.Н. Грум-Гржимайло

   Группа, возглавляемая доктором физ.-мат. наук Алексеем Николаевичем Грум-Гржимайло, работая в контакте с учеными из многих научных центров Европы, США, Японии, Австралии, развивает теорию взаимодействия интенсивного ультрафиолетового и рентгеновского излучения с малыми квантовыми системами атомами и молекулами. Именно поведение этих систем во многом определяет динамику более сложных превращений вещества под действием рентгеновских фотонов. Этой группой развита теория нелинейных явлений в атомах в диапазоне крайнего ультрафиолета; предсказан новый механизм кратной ионизации атомов, подтвержденный измерениями физиков из Японии и Нидерландов; выполнены исследования внутренних электронных оболочек.
    Эти теоретические исследования напрямую связаны с работой экспериментальных групп на синхротронных источниках BESSY, ALS, Spring-8. PETRA, SOLEIL, ELETTRA, MAX-lab и на лазерах на свободных электронах. Они поддерживаются грантами, как российскими, так и международными. Плодотворно развивается сотрудничество с теоретиками Дрэйк ун-та (Де Мойн, США) и GSI (Дармштадт, Германия) по прямому решению нестационарных задач для описания процессов с импульсами излучения фемтосекундной длительности. У нас большие планы и мы ждем студентов, готовых к активной работе в дружном коллективе.

    Первые результаты по ионизации атомов при совместном воздействии фемтосекундных импульсов лазера на свободных электронах FLASH (XUV) и оптического лазера (ОL). Видны (справа) боковые линии (SB) в спектрах электронов, вылетающих из атома гелия в надпороговой многофотонной ионизации, и модуляция интенсивности линий при изменении взаимной ориентации поляризации PXUV и POL лазерных пучков.

Ядерная физика в мире наноструктур и нанотехнологий


Профессор Светлана Ивановна Страхова
Научные интересы:
квазистационарные состояния ядер,
атомов, молекул и наноструктур

    Уже сегодня можно дивиться достижениям в области нанотехнологий на стыке различных областей физики, биологии, химии, информатики и др. Один из красивых примеров – достижения в области квантовых вычислений (квантовые компьютеры). Проект создания квантового компьютера по мощности и трудностям, которые предстоит преодолеть, сравнивают с советским атомным проектом.
    При знакомстве с современным состоянием этой проблемы очевидным становится следующий факт – востребованность ядерно-физических методов экспериментальных и теоретических исследований, ядерно-физических установок, всего накопленного в ядерной физике опыта для преодоления возникающих проблем. Техника ядерного магнитного резонанса (ЯМР) была, например, использована в квантовых компьютерах, реализованных в нескольких лабораториях мира. При этом в качестве единиц памяти (кубитов) использованы ядра с полуцелым спином. Соответствующие атомы образовывали сложные молекулярные соединения. Пример приведен ниже.

Молекула перфлюоробутадиенила С4F15Fe(2CO)C5H5, содержащая атомы, у которых спин ядра равен 1/2 (2 атома 13С и 5 атомов 19F, они пронумерованы на рисунке слева, магнитные моменты их ядер помечены стрелками), использована в 2001 г. в Калифорнии США (Исследовательский центр IBM и Стэнфордский университет) в качестве семикубитового квантового компьютера, разложившего с помощью алгоритма Шора число 15 на простые множители.

 

    На кафедре общей ядерной физики читается спецкурс «Дополнительные главы квантовой механики наноразмерных структур». Это позволяет включить в содержание спецкурса материал, необходимый выпускникам на этапе широкого внедрения нанофизики в современную науку и нанотехнологий в промышленность. Основу курса составляет квантовая механика наноструктур и сложных молекул в применении к процессам, в которых необходимо учитывать ядерно-физические аспекты, и в исследованиях которых принципиальная роль отведена использованию методов ядерной физики.