Программа Президиума РАН «Экстремальные световые поля и взаимодействие с веществом»
В декабре в Институте прикладной физики РАН состоялось отчетное совещание по программе Президиума РАН №6 «Экстремальные световые поля и взаимодействие с веществом». Оно прошло в формате конференции, на которой научные группы из 11 институтов РАН представили результаты своих исследований.
Эта программа входит в число перспективных направлений развития науки не только в России, но и в мире. «Исследования в области экстремальных световых полей проводятся уже несколько лет. В 2019 году начался новый трехгодичный цикл программы, и совещание было посвящено результатам первого года работы», – рассказывает со-руководитель программы академик РАН Александр Литвак, научный руководитель Института прикладной физики РАН. – «Мы запланировали достаточно широкий спектр исследований, направленных в том числе, на создание лазерного комплекса, который по уровню мощности в сотни раз будет превосходить уже имеющуюся в институте установку PEARL».
Программу такого масштаба ученые называют «сетевой», поскольку ее реализацией занимается не одна организация, а коллаборация академических институтов. Кроме Института прикладной физики РАН и Института лазерной физики Сибирского отделения РАН, в нее входят научные группы из Института общей физики РАН, Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, Научного центра волоконной оптики РАН, Объединенного института высоких температур РАН, Института ядерной физики Сибирского отделения РАН, Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Института спектроскопии РАН, Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева РАН, Института химии высокочистых веществ РАН. Исследования проводятся сразу по пяти направлениям: создание источников экстремального лазерного излучения, создание источников рентгеновского излучения аттосекундной и субаттосекундной длительности, изучение экстремального состояния вещества, которое возникает под действием ультрарелятивистских лазерных полей, разработка лазерных ускорителей заряженных частиц, а также поддержка участия институтов РАН в мегапроекте по созданию лазера субэкзаваттного уровня мощности.
В 2019 году в рамках программы участники реализовывали 28 проектов, как теоретических, так и экспериментальных. Одни научные группы занимались разработкой необходимых приборов и развитием экспериментальной базы, а другая часть исследований была связана с теорией: ученые рассматривали, какие явления могут происходить под воздействием мощного лазерного излучения и какие из них можно будет исследовать в лабораторных условиях, когда оно будет получено. «Термин «экстремальные световые поля» появился не так давно – около 10 лет назад», – уточняет Ефим Хазанов, академик РАН, заведующий отделением нелинейной динамики и оптики ИПФ РАН. – «Под ним подразумеваются такие мощные лазерные импульсы, в которых напряженность электрического поля настолько большая, что при взаимодействии с заряженными частицами появляется качественного новый эффект, так называемая новая физика». Один их самых любопытных эффектов, которые ученые планируют изучить, – это пробой в вакууме. «В физике плазмы существует такое понятие, как пробой газа – когда под воздействием мощного излучения атомы газа ионизируются, и возникает высокая концентрация электронов», – объясняет академик Александр Литвак. – «А если откачать весь газ и сфокусировать лазерное излучение в вакууме, то энергия фотонов будет преобразовываться в электронно-позитронную плазму. То есть, можно сказать, что она будет образовываться практически из пустоты».
Практическое применение результатов исследований может быть очень широким. Это, например, протонная терапия, создание устройств для просвечивания громоздких и непрозрачных объектов, разработка медицинской техники нового поколения. «Несмотря на то, что у многих направлений есть практический выход, главная цель для нас – получить новые фундаментальные знания, ценность которых невозможно предсказать», – комментирует академик Ефим Хазанов. – «Мы хотим понять, как устроена природа, а приложения появятся позже. В истории науки есть много аналогичных примеров. Например, Альберт Эйнштейн тоже думал, что теория относительности не пригодится, однако сейчас его формулы используются в навигаторах для учета искривления пространства силой тяготения Земли».
Безусловно, исследования, которые российские ученые проводят в рамках программы Президиума РАН, находятся на самом передовом крае науки и признаются во всем мире. Статьи научных групп с результатами исследований регулярно публикуются на страницах уважаемых зарубежных научных журналов. «Хочется подчеркнуть, что достижения, о которых мы докладывали на совещании, несмотря на достаточно низкое финансирование, стали возможны только благодаря сплоченности команды», – отмечает со-руководитель программы академик РАН Сергей Багаев, научный руководитель Института лазерной физики Сибирского отделения РАН. – «Это уникальный случай. При этом, в проектах задействовано очень много молодых ученых. Это очень приятно».