Новости

24 января, 2022 10:57

Ученые ТГУ по-новому моделируют и опишут динамику спиновых частиц

Эксперты Томского государственного госуниверситета в областях теоретической и практической физики — доцент кафедры квантовой теории поля ФФ ТГУ Дмитрий Капарулин и доцент кафедры теоретической механики ММФ ТГУ Михаил Бубенчиков — объединились для решения новой научной задачи. В рамках гранта РНФ они изучат поведение спиновых (вращающихся) частиц с точки зрения статистической физики. Исследователи объединят два разных подхода: теорию и численные эксперименты. Результаты могут быть применены при создании тепловых машин нового типа.

Источник: пресс-служба ТГУ

Механика предсказывает, что в системах, которые, с одной стороны, вращаются, а с другой — состоят из частиц с собственным угловым моментом, могут происходить интересные явления, называемые киральными. Когда раньше учёные исследовали киральные эффекты, поясняет Дмитрий Капарулин, в основном они рассматривали системы с фундаментальным собственным угловым моментом — спином — и использовалась достаточно сложная квантовая теория поля.

В последние годы разработана классическая теория спина, основанная на том, что частица имеет квазиклассический угловой момент, — с его помощью рассматривать статистическую механику вращающихся систем спиновых частиц гораздо проще, чем через квантовый формализм. Кроме того, значительные по величине киральные эффекты могут наблюдаться во вращающихся системах крупных молекул, например, фуллеренов.

В своих исследованиях группа учёных ТГУ занимается математическим моделированием вращающихся спиновых частиц и молекулярных систем, состоящих из углеродных молекул: решают уравнения, описывают динамику и так далее.

Изучением закрученных частиц в Томском государственном университете занимаются уже около 5 лет, и научная группа, работающая по этой тематике, является одной из ведущих в мире. Новый проект РНФ, добавляет Дмитрий Капарулин, — это развитие имеющегося университетского задела в новой области физики — статистической механики.

Проект по математическому моделированию статистической механики закрученных частиц — результат коллаборации физиков двух разных направлений.

— Около года назад мы с моим однокурсником Михаилом Бубенчиковым начали думать о том, как можем найти точки соприкосновения. Я собирался приложить свои знания в области статистической физики — предмета, который преподаю, а у Михаила была хорошая группа по математическому моделированию и он искал новую научную задачу, — рассказывает Капарулин. — В результате совместных обсуждений удалось сформулировать область научных интересов — это статистическая механика вращающихся систем. В нашем проекте я отвечаю за разработку аналитических методов, а Михаил проводит численный эксперимент, задача которого — подтвердить выводы теоретических исследований.

Результаты работы можно будет использовать для создания научных основ тепловых машин нового типа. Например, можно получить холодильник, работающий с помощью центрифуги, а не компрессора. Ученые постараются понять, при каких условиях такая центрифуга будет работать наиболее эффективно.

— Я уже какое-то время занимался исследованием молекулярной динамики вращательного движения углеродных наночастиц, а Дмитрий предложил мне исследовать вращение спиновых частиц с точки зрения статистический физики. Как выяснилось, это новая область, в ней есть потенциал, — комментирует Михаил Бубенчиков. — Вообще вычислительная молекулярная динамика называется численным экспериментом. То есть, можно посмотреть на атом в электронный микроскоп, а можно провести численный эксперимент. Теоретически можно сделать предсказание, просто произведя расчеты на компьютере. И поэтому теоретическая наука как минимум должна сопровождаться численным экспериментом. Мне кажется, подобный способ работы наиболее эффективен.

Исследование «Математическое моделирование статистической механики взаимодействующих закрученных частиц и ее приложения» поддержано грантом РНФ (№ 21-71-10066) по направлению СНТР РФ «Н1. Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта».

20 мая, 2022
Столичные зоологи нашли четыре новых вида моллюсков в одном
Четыре новых вида моллюсков открыли зоологи биологического факультета МГУ во Вьетнаме. Команда био...
19 мая, 2022
Что вызывает рецидивы у больных раком лёгких
В МФТИ исследовали устойчивость опухолевых стволовых клеток немелкоклеточного рака лёгкого к ...