Главная страница

Научная работа в Физическом институте им.П.Н.Лебедева РАН

ОТДЕЛЕНИЕ КВАНТОВОЙ РАДИОФИЗИКИ

Отделение квантовой радиофизики (ОКРФ) образовано в декабре 1989 г. Оно берет свое начало от созданного в 1956 г. в Лаборатории колебаний Сектора молекулярных генераторов (заведующий сектором д-р физ.-мат. наук Н. Г. Басов), преобразованного в 1963 г. в Лабораторию квантовой радиофизики (ЛКРФ). Развитые в ЛКРФ научные направления позволили создать лаборатории, вошедшие в состав ОКРФ, образовать в 1980 г. Самарский филиал ФИАНа. Отделение возглавляет лауреат Нобелевской, Ленинской, Государственной премий акад. РАН Н.Г. Басов.

В научных подразделениях, вошедших в Отделение квантовой радиофизики, разработаны основополагающие принципы лазерной физики, предложен лазерный термоядерный синтез, впервые созданы полупроводниковые лазеры с электронной накачкой, с оптической накачкой, инжекционные лазеры, эксимерный лазер. Открыт и развит метод обращения волнового фронта света. Разработаны лазерные стандарты частоты, различные методы оптической обработки информации.

В качестве примера последних достижений можно назвать разработку специальных полупроводниковых лазеров, позволяющих генерировать весьма простым способом сверхкороткие импульсы излучения с длительностью 300 фемтосекунд (10-15 с). Длина такого импульса составляет всего 100 мкм. Получение сверхкоротких импульсов является сейчас одной из актуальных задач в фундаментальных и в прикладных исследованиях (связь). Создан транспортируемый оптический стандарт частоты с воспроизводимостью не хуже 10'14, необходимый для проведения прецизионных измерений, например, для детекции колебаний земной коры на сверхнизких частотах.

ОТДЕЛЕНИЕ ОПТИКИ

Отделение оптики образовано в декабре 1989 г., состоит из четырех отделов - Люминесценции им.
С.И.Вавилова, Оптического им.Г.С.Ландсберга, Спектроскопии и Оптики низкотемпературной плазмы. Возглавляет отделение чл.-корр. РАН И.И.Собельман.

В активе отделов, созданных на базе лабораторий ФИАНа и входящих в состав Отделения оптики, много научных достижений, вошедших в золотой фонд мировой науки. Здесь работали такие всемирно известные ученые, как академики С.И.Вавилов и Г.С. Ландсберг, чл.-корр. АН С.Л. Мандельштам. Было открыто излучение Вавилова-Черенкова, получило развитие исследование открытого в 1928 г. Г.С.Ландсбергом и Л.М.Мандельштамом комбинационного рассеяния света, заложены основы люминесценции и спектрального анализа. Фундаментальные исследования Отделения оптики являются основой для развития новых научных направлений.

Отделение оптики ведет, в частности, исследования на космических аппаратах. В эксперименте "Коронас" получены изображения Солнца в рентгеновском излучении с разной жесткостью. Это даст возможность определить структуру Солнечной атмосферы и дать ее разрез по высоте. В эксперименте "Исток" на станции "Мир" используется прибор, позволяющий проводить измерение вертикальных профилей концентрации парниковых и озоноразрушающих газов. Ведутся также работы по определению распределения концентрации озона в атмосфере Земли на основе расшифровки величины уширения линии излучения озона в миллиметровом диапазоне волн.

ОТДЕЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ им. И.Е.Тамма

Отделение теоретической физики ФИАН является одним из старейших в институте. Его первым заведующим был акад. И.Е.Тамм. Затем его сменил акад. В.Л.Гинзбург, а ныне им заведует чл.-корр. РАН А.В.Гуревич. Мировой уровень работ теоретиков ФИАНа привел к возникновению целой плеяды научных школ, которые возглавили академики РАН В.Л.Гинзбург, Л.В.Келдыш, Е.Л.Фейнберг, Е.С.Фрадкин, члены-корреспонденты РАН В.И.Ритус, А.В.Гуревич, Д.А.Киржниц, профессора Б.М.Болотовский, Д.С.Чернавский. Отделение теоретической физики (ОТФ) является базовой организацией Кафедры проблем физики и астрофизики МФТИ (заведующий кафедрой - акад. В.Л.Гинзбург).

В целом проводимые в ОТФ исследования перекрывают почти весь спектр наиболее значимых и актуальных направлений современной теоретической физики, таких как математическая физика и астрофизика, в том числе теория элементарных частиц, физика высоких энергий, квантовая теория поля и квантовая статистика, теория сверхпроводимости, теория твердого тела, взаимодействие радиоволн с плазмой (физика плазмы и астрофизика), теоретическая биофизика, теория калибровочных полей и методы их квантования, физика элементарных частиц, космология и физика конденсированных сред.

Большое значение имеют работы в области теории так называемой "темной материи", окружающей нашу Галактику, которая предполагает существование некомпактных образований с масштабом 109 -1011 км (подтверждение этого факта будет иметь фундаментальное значение для космологии).

ОТДЕЛЕНИЕ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Возглавляет отделение чл.-корр. РАН Ю. В. Копаев. В 1934 г. по предложению акад. С.И.Вавилова в ФИАН была организована Лаборатория физики диэлектриков под руководством Б.М.Вула, преобразованная позднее в Лабораторию физики полупроводников, на базе которой к началу 90-х годов и было сформировано Отделение физики твердого тела. Сотрудники лаборатории (впоследствии отделения) принимали участие в создании полупроводниковых лазеров, плоскостных диодов и транзисторов, солнечных батарей и перестраиваемых лазеров дальнего ИК диапазона на основе узкозонных полупроводников. Были проведены исследования и обнаружены сегнетоэлектрические свойства титаната бария, конденсация электронно-дырочной жидкости в германии и лазерная генерация субмиллиметрового электромагнитного излучения горячими носителями заряда в германии.

Отделение физики твердого тела в настоящее время развивает работы в области физики наноструктур применительно к электрическим, магнитным и оптическим явлениям. Коллективом, руководимым Ю.В. Копаевым, предложены новые варианты транзисторов, в которых используются, в отличие от существующих сейчас, новые закономерности поведения электронов в наноструктурированных полупроводниках.

Большой интерес представляют работы по так называемой "одноэлектронике", т.е. исследованию свойств образцов вещества и структур, имеющих микроскопические размеры. В этом случае при изменении количества электронов в образце на несколько еди-ниц значительно изменяется потенциал и, следовательно, физическое поведение структуры.

В отделении развиваются и другие направления исследования квантовых наноструктур и приборов на их основе: фотоприемников, инфракрасных лазеров. Успешно ведутся исследования по сверхпроводимости, в том числе высокотемпературной, алмазной электронике, чистым полупроводниковым материалам. 

Отделение совместно о МИЭТ в г.Зеленограде образовало научно-учебный центр, в котором создана хорошая технологическая база для работы с арсенидом галлия.

ОТДЕЛЕНИЕ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ И АСТРОФИЗИКИ (ОЯФА)

Возглавляет отделение чл.-корр. РАН С. И. Никольский. Исследования по физике высоких энергий, ядерной физике и физике элементарных частиц являются традиционными в ФИАНе. Первые исследования по физике высоких энергий были связаны с изучением космических лучей. Они начались в середине 30-х гг., когда по инициативе И.М.Франка, а затем Д.В.Скобельцына были организованы первые высокогорные экспедиции для изучения космических лучей, в довоенные годы на Эльбрусе, а затем на Памире. В 1946 г. для Памирской экспедиции ФИАН была построена специальная высокогорная станция. Одновременно с Памирской, в 1946 г. была организована стратосферная станция ФИАН в г.Долгопрудном для развития работ по космическим лучам.

В послевоенные годы в ФИАНе развернулись также ракетно-космические исследования, был обнаружен внешний радиационный пояс Земли, проведены исследования первичного космического излучения на спутниках. В 1958 -1961 гг. была создана Тянь-Шаньская высокогорная научная станция.

Исследования по физике высоких энергий на ускорителях частиц стали возможными после открытия в 1944 г. В.И.Векслером принципа автофазировки, что позволило разработать новые типы современных ускорителей, в том числе самый крупный в Европе синхротрон С-25 на энергию 250 МэВ (1949 г.), ускоритель протонов на 10 ГэВ в г.Дубне (1957 г.).

Исследования по физике атомных ядер в ФИАНе были начаты в организованной в послевоенные годы лаборатории И.М.Франка. П.А.Черенков, один из ав-торов эффекта Вавилова-Черенкова, возглавил специально построенную лабораторию ФИАНа в г.Троицке, где был сооружен электронный синхротрон "Пахра" на 1 ГэВ. На этом ускорителе были впервые определены константы электрической и магнитной поляри-зуемостей протона.

В настоящее время ОЯФА ведет исследования в области физики элементарных частиц, ядерной физики, физики космических лучей, гамма-астрономии сверхвысоких энергий, астрофизики околосолнечного пространства, физики ускорителей и их использования в прикладных целях.

Эксперименты в области космических лучей дают основание предполагать увеличение сечения множественного рождения частиц при столкновениях с энергией 5*1012 эВ/нуклон. Разработанный в ФИАН зеркальный телескоп-спектрометр "Шалон" позволяет регистрировать потоки гамма квантов с интенсивностью 10-12 см-2 с-1. С его помощью исследован ряд галактических и внегалактических объектов, в том числе обнаружен источник квантов с энергией более 1012 эВ. Эти данные имеют большое значение для космологии.

На ускорителе "Пахра" ведутся прецизионные измерения процесса фоторождения ? и ?-мезонов. По-видимому, удалось наблюдать связанное состояние ?-мезона и нуклона в ядре, что является заметным явлением в физике элементарных частиц.

АСТРОКОСМИЧЕСКНЙ ЦЕНТР ФИАН (АКЦ ФИАН)

АКЦ ФИАН возглавляет акад. Н. С. Кардашев. Научные подразделения АКЦ находятся в Москве, Пущино и Узбекистане (плато Суффа). АКЦ занимается широким кругом проблем астрофизики, радиоастрономии и космологии. Подразделения АКЦ участвуют в реализации ряда крупных научных проектов.

Проекты "Миллиметрон" и "Субмиллиметрон" предусматривают создание международной космической обсерватории - интерферометра "Земля - Космос - Космос" для проведения астрономических исследований в миллиметровом, субмиллиметровом и инфракрасном диапазонах с предельно высокой чувствительностью и экстремально высоким угловым разрешением. Космический телескоп с зеркалом диаметром 12м будет эквивалентен по чувствительности наземному радиотелескопу со сплошной апертурой диаметром 3 км на волне 2 см, а в интерферометрическом режиме позволит реализовать угловое разрешение в тысячи раз выше, чем интерферометры с предельной наземной базой. По чувствительности для исследований в обсерватории будут доступны любые из более 10 млрд источников на небе.

В соответствии с Федеральной космической программой России АКЦ в рамках широкой международной и отечественной кооперации разрабатывает наземнокосмический радиоинтерферометр "Радиоастрон" с использованием космического аппарата "Спектр-Р" для астрофизических исследований с угловым разрешением до 30 мкс. Антенна космического радиотелескопа (КРТ) - 10-метровый развертывающийся на орбите параболоид из композиционного материала; ракета-носитель "Протон"; в качестве наземных радиотелескопов привлекаются телескопы глобальной сети с диаметрами антенн 20 -100 м.

Срок запуска КРТ на орбиту планируется в ближайшие два-три года.

Пущинская радиоастрономическая обсерватория (ПРАО) АКЦ ФИАН - самая крупная радиообсерватория России, одно из крупнейших в мире астрономических учреждений. Тематика научных исследований обсерватории охватывает такие актуальные проблемы астрофизики, как формирование и эволюция крупномасштабной структуры Мира, природа сверхмощных источников энергии в ядрах активных галактик, физика быстро вращающихся и сильно намагниченных нейтронных звезд - пульсаров, распространение ударных волн в межпланетной среде и солнечно-земные связи, процесс звездообразования и физика молекулярных облаков, физические условия в диффузной межзвездной среде.

Основным инструментом радиообсерватории РТ-70 на высокогорном плато Суффа (2500 м над уровнем моря), на отрогах Туркестанского хребта в Узбекистане должен стать полноповоротный радиотелескоп миллиметрового диапазона волн с диаметром зеркала 70 м. Кроме того, проектом предусмотрено установить на плато Суффа станцию спутниковой связи и станцию космической связи с антенной диаметром 32 м. Целью деятельности радиообсерватории РТ-70 является проведение фундаментальных и прикладных научных исследований Земли и Вселенной в автономном режиме и интерферометрическом режиме совме-стно с другими наземными радиотелескопами и с космическими радиотелескопами "Радиоастрон" и "Миллиметрон". К сожалению, строительство радиотелескопа РТ-70 в настоящее время заморожено.

НЕЙТРОННО-ФИЗИЧЕСКИЙ ОТДЕЛ

Нейтронно-физический отдел возглавляет профессор А.И.Исаков. Основными направлениями научных исследований отдела являются: физика плотной плазмы, физика и технология термоядерных мишеней, нейтронная физика, спектроскопия очень холодных нейтронов, нейтронная оптика.

Существенная часть исследований отдела ведется в области физики конденсированных сред, в особенности имеющих сложную молекулярную структуру или содержащих кластеры химических примесей а также таких сверхчистых материалов, как кремний. Работы в области нейтронной радиографии и томографии носят пионерский характер и стали возможны после разработки детекторов с высоким пространственным разрешением. Большое значение имеет разработка мишеней для лазерного термоядерного синтеза, которая включает в себя два самостоятельных направления: во-первых, получение тонких субмиллиметровых сферических оболочек с высокой степенью гладкости (1 нм) поверхности и неконтролируемыми
отклонениями параметров в пределах 1 % и, во-вторых, наполнение полых микросфер изотопами водорода с последующим замораживанием их в виде равномерного тонкого слоя на внутренней поверхности оболочки. В этих разработках ФИАН занимает лидирующее положение в мире.

Сотрудники ФИАНа неоднократно удостаивались самых престижных международных и отечественных научных премий и наград, в том числе, Нобелевских премий (1958 г. - Е.И.Тамм, И.М.Франк, П.А.Черенков; 1964 г. - Н.Г.Басов, А.М.Прохоров; 1975 г. А.Д. Сахаров).

На современном этапе ФИАН, как и другие институты РАН, испытывает огромные трудности в организации и проведении научных исследований из-за недостаточного финансирования. Это сказывается, в первую очередь, на кадровом составе научных работников. Снизился приток в институт молодых ученых. Если в конце 80-х годов институт ежегодно принимал в среднем 40 человек, окончивших высшие учебные заведения и аспирантуру, то в 1999 г. был принят в штат 21 молодой сотрудник. Это, естественно, приводит к старению состава института. В настоящее время средний возраст научных работников составляет примерно 43 года, а работников, имеющих научную степень кандидата наук, примерно 50 лет.

Для научного института весьма важным является правильный выбор направлений исследований. Одним из рабочих инструментов для этого служит научный семинар. Опыт показывает, что оценка работ семинаром в общем достаточно объективна и сравнительно мало подвержена воздействию привнесенных факторов. В связи с этим необходимо отметить, что в ФИАНе работают 30 официально зарегистрированных семинаров, среди которых, естественно, лидирующее место занимают семинары отделений, известность которых выходит далеко за пределы ФИАНа. Особенно выделяется семинар по теоретической физике акад. В.Л.Гинзбурга (фактически это семинар по физике вообще), играющий выдающуюся роль в развитии отечественной науки. Кроме того, семинары формируют творческую атмосферу в институте и, в особенности, в настоящий трудный период являются важным моральным фактором поддержки научных сотрудников.

Большое значение институт придает педагогической и просветительской деятельности его ведущих ученых. К числу высших учебных заведений, старшекурсники которых проходят в ФИАНе практику, выполняют дипломные работы, относятся Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова, Московский физико-технический институт, Московский инженерно-физический институт, Московский энергетический институт, Московский институт электронного машиностроения, Московский институт электронной техники, МВТУ им. Н.Э. Баумана. Выпусники именно этих институтов составляют молодую поросль ФИАНа. В последнее время ФИАН активно участвует в реализации программы "Интеграция", направленной на укрепление связей академической науки и высшей школы. В ФИАНе действует Учебно-научный центр "Фундаментальная оптика и спектроскопия".

Просветительская деятельность ФИАНа активно осуществлялась в свое время через Всесоюзное общество "Знание". Около полувека назад эта научно-просветительская организация была создана и возглавлена директором ФИАНа акад. С.И.Вавиловым. Впоследствии много лет возглавлял эту организацию дру-гой директор ФИАНа акад. Н.Г.Басов. Десятки тысяч лекций, прочитанных учеными ФИАНа по всей стране, сыграли большую роль в пропаганде достижений передовой науки.

Не оставляет ФИАН без внимания и сферу культурного досуга своих работников. Здесь выделяется ставший уже знаменитым Клуб любителей камерной музыки ФИАН, который более четверти века с периодичностью 2 раза в месяц организует встречи сотрудников института и их гостей с выдающимися музыкантами нашей страны и мира и молодыми талантливыми музыкантами.

ФИЛИАЛ ФИАН (г.Самара)

Возглавляет филиал д-р физ.-мат. наук А.Л.Петров. Задачей филиала является развитие следующих прикладных направлений лазерной физики: разработка процессов лазерной обработки материалов, исследование основных характеристик зон лазерного воздействия, анализ и синтез световых полей в лазерной метрологии и технологий, создание и исследование технологических лазеров с химическим и электрическим возбуждением, исследование активных сред лазеров на основе синглетного кислорода, концептуальная и компьютерная разработка перспективных лазерных систем и технологий, исследование и разработка оптико-электронных измерительных систем на основе полупроводниковых лазеров, многоэлементных и позиционно-чувствительных фотоприемников, исследование и разработка высокочувствительных спектральных методов анализа для экологии и биомедицины, процессов и аппаратуры для лазерной стереолитографии.