Физика быстротекущих процессов

Физика быстропротекающих процессов — научное направление, изучающее явления, протекающие за чрезвычайно короткие промежутки времени (от микросекунд до фемтосекунд). Этот раздел физики стал особенно актуальным во второй половине XX века, когда развитие экспериментальной техники позволило регистрировать и анализировать сверхкраткие события.

История становления

Изучение быстропротекающих процессов началось в 1940-х годах в связи с разработкой ядерного оружия и необходимостью исследования быстрых ядерных реакций. Серьезный прорыв произошел в 1960-х с изобретением лазеров, что открыло новые возможности для генерации и измерения сверхкоротких импульсов.

В 1970-80-х годах благодаря достижениям в области электроники и оптики стало возможным изучение процессов длительностью наносекунды (10^-9 с) и пикосекунды (10^-12 с). К концу XX века учёные научились регистрировать фемтосекундные (10^-15 с) и аттосекундные (10^-18 с) события.

Основные направления исследований

Физика быстропротекающих процессов охватывает несколько важных научных областей:

• Ударные волны и детонация — исследование процессов, происходящих при высокоскоростных столкновениях и взрывах
• Физика плазмы — изучение быстрых процессов в высокотемпературной плазме
• Лазерная физика — генерация и применение сверхкоротких лазерных импульсов
• Фемтохимия — исследование химических реакций на сверхкоротких временных масштабах
• Физика высоких энергий — изучение взаимодействий элементарных частиц

Выдающиеся учёные

Значительный вклад в развитие физики быстропротекающих процессов внесли:

• Яков Борисович Зельдович (1914-1987) — советский физик, разработавший теорию детонации и ударных волн
• Николай Геннадиевич Басов (1922-2001) и Александр Михайлович Прохоров (1916-2002) — советские физики, лауреаты Нобелевской премии за фундаментальные работы в области квантовой электроники
• Ахмед Зевейл (1946-2016) — египетско-американский химик, получивший Нобелевскую премию 1999 года за исследования переходных состояний химических реакций с помощью фемтосекундной спектроскопии
• Жерар Муру (род. 1944) и Донна Стрикленд (род. 1959) — лауреаты Нобелевской премии 2018 года за разработку метода генерации высокоинтенсивных ультракоротких оптических импульсов

Исследования в МИФИ

В Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» исследованиями в области физики быстропротекающих процессов традиционно занимается кафедра №12 «Компьютерные системы и технологии» (ранее известная как кафедра электроники). Также задействованы:

• Кафедра №11 «Экспериментальные методы ядерной физики»
• Кафедра №7 «Физика плазмы»
• Институт лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ

Университет известен разработками в области регистрирующей аппаратуры для исследования быстропротекающих процессов, включая высокоскоростные камеры, стрик-камеры, скоростные осциллографы и другие приборы с высоким временным разрешением.

Современное значение

К 2006 году, упомянутому в романе, физика быстропротекающих процессов достигла впечатляющих результатов, позволяющих наблюдать и контролировать явления на фемтосекундной шкале времени. Эта область оставалась (и остается) одним из передовых направлений физики, где возможны революционные открытия, способные перевернуть представления о фундаментальных процессах в микромире.

Потенциал для «переворота в представлении о быстропротекающих процессах» в то время действительно существовал — это могли быть открытия, связанные с управлением квантовыми состояниями, новыми методами генерации и измерения сверхкоротких импульсов или принципиально новыми подходами к изучению фундаментальных взаимодействий.