ФИЗИКА. Фундаментальные исследования, прорывные технологии и их приложения

Направление автоматизации физико-технических исследований ФФ НГУ – это ведущий центр обучения и научных исследований по всем вопросам, связанным с применением компьютеров и их программным обеспечением. Сегодня трудно назвать какую-либо область, где бы ни использовались вычислительная техника и новейшие информационные технологии.

Основные направления подготовки: автоматизированное проектирование, базы данных, компьютерные сети, представление знаний и искусственный интеллект, интерактивная машинная графика, виртуальная реальность, магистрально-модульные системы, автоматизация физико-технических исследований, обработка изображений и сигналов, теоретическое и прикладное программирование.

На данном направлении готовятся специалисты в области физической механики жидкости, газа и плазмы. У студентов есть возможность заниматься как фундаментальными проблемами, так и прикладными исследованиями. Выпускники легко трудоустраиваются в ведущих организациях аэродинамического и нефтегазового профиля.

Научная работа и специализация студентов тесно связана с основными научными направлениями Института теоретической и прикладной механики СО РАН: экспериментальным изучением ламинарно-турбулентного перехода и отрывных течений на уникальной в России малотурбулентной газодинамической трубе, физико-математическим и компьютерным моделированием турбулентности, экспериментальными исследованиями в области физики сверх- и гиперзвуковых течений на сверхзвуковых и ударных трубах, изучением физики горения, ударноволновых процессов в многофазных средах.

Задача направления – подготовка специалистов в области физики биологических систем, способных эксплуатировать и развивать существующую диагностическую технику, ставить новые диагностические методы. Выпускники знают и умеют применять физические методы, с помощью которых можно характеризовать объекты и процессы в медицине и биологии, что позволяет им работать в научно-исследовательских институтах Академии наук и Академии медицинских наук, в предприятиях, выпускающих диагностическую технику.

Подготовка ведется по двум основным направлениям: изучение физических основ биологических процессов; изучение теории и экспериментальное освоение современных физических методов исследования биологических объектов и процессов. Студенты вовлечены в практические проекты, которые направлены на реализацию потенциала фундаментальной науки в улучшении качества медицинского обслуживания населения.

В настоящее время мы являемся свидетелями появления принципиально новых технологий, называемых квантовыми, и обещающих революционные преобразования в обработке и передаче информации и в методах сверхточных измерений. В развитии этих технологий активно участвует квантовая оптика.

На направлении квантовой оптики ФФ НГУ преподают специалисты, активно работающие с самыми актуальными темами. Студенты имеют возможность участвовать в исследованиях вместе со своими научными руководителями.

Области исследований: создание элементной базы для квантовых вычислений; физика ультрахолодных атомов и атомарного конденсата Бозе-Эйнштейна; физика волоконных лазеров и волоконно-оптические технологии; лазерная модификация макромолекул и поверхностей; комбинационное рассеяние света (с приложениями в биологии и химии); нелинейная оптика кластеров; лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения; использование лазерной спектроскопии для изучения фундаментальных свойств вещества.

Выпускники работают во многих ведущих мировых исследовательских и инженерных квантовых центрах.

На данном направлении проходит подготовка специалистов по квантовой электронике и лазерной физике, способных работать с современными лазерными системами, применять на практике методы квантовой электроники, самостоятельно вести фундаментальные и прикладные исследования. Состав и содержание курсов постоянно меняется с учетом современного состояния исследований в области лазерной физики и квантовой электроники.

Студенты выполняют научно-исследовательские работы по темам: лазерная спектроскопия высокого разрешения, оптические стандарты частоты и прецизионные физические эксперименты, лазерное охлаждение и захват нейтральных атомов для оптических стандартов частоты нового поколения, генерация ультракоротких лазерных импульсов, твердотельные и полупроводниковые лазеры, новые материалы квантовой электроники, оптоэлектроника многослойных сред, включая фотонные кристаллы, лазеры в медицине и биологии, лазерно-плазменные нанотехнологии.

Сегодня в мире начинается квантовая революция. Крупнейшие гиганты информационных технологий – IBM, Google, Intel, Microsoft – создают прототипы компьютеров нового типа – квантовых компьютеров. Они смогут решать задачи, которые не под силу даже суперкомпьютерам, расшифровывать секретные коды и создавать новые материалы. Уже разработаны коммерческие системы квантовой криптографии. Секретный ключ передается одиночными фотонами, и любая попытка перехватить его будет немедленно обнаружена. Квантовая метрология приведет к повышению точности навигации, позволит исследовать гравитационные волны, и, возможно, найти новые законы физики.

Благодаря уникальной экспериментальной базе и высочайшему потенциалу сибирских исследователей, новая магистерская программа НГУ готовит остро востребованных высокопрофессиональных специалистов в области квантовых технологий. Магистранты смогут работать в одном из самых быстро развивающихся и необычных направлений современной физики, математики и информатики, и принять участие в квантовой революции, которая происходит на наших глазах.

Сегодня радиофизика – это комплексная наука, изучающая физические процессы, связанные с электромагнитными колебаниями и волнами. Современному ученому-радиофизику необходимы знания механики и электродинамики, квантовой теории и статической физики, аппаратных и программных средств вычислительной техники, информационных технологий и систем, а также навыки работы в научно-исследовательской лаборатории.

Задача направления – подготовка высококвалифицированных специалистов для работы в области радиофизических исследований, разработки экспериментальных установок, автоматизации физического эксперимента, распространения радиоволн, моделирования электродинамических и электронных устройств.

Специфика теплофизики как научной дисциплины в том, что многие фундаментальные исследования имеют прямой выход на практические приложения. Особое внимание уделяется инновационной и прикладной деятельности, прежде всего в области экологически чистой энергетики и энергосбережения.

Основные направления подготовки студентов: тепломассоперенос в системах с фазовыми превращениями (кипение, конденсация, абсорбция); гидродинамическая устойчивость и турбулентность; процессы переноса и волны в стекающих пленках жидкости; волновая динамика многофазных систем; теплофизические основы создания новых материалов; теплофизические процессы в энергетике; топливные элементы и водородная энергетика.

Тематика исследований, проводимых сотрудниками, аспирантами и студентами направления, связана, главным образом, с работами Института ядерной физики СО РАН по программе управляемого термоядерного синтеза, которая реализуется в России при тесном сотрудничестве со странами Европейского Союза, США и Японией. Эти исследования, прежде всего, охватывают методы нагрева, удержания и диагностики плазмы в открытых магнитных ловушках различного типа.

Другое направление исследований связано с генерацией мощных пучков заряженных и нейтральных частиц. Помимо решения проблем нагрева и диагностики плазмы, такие пучки имеют перспективы промышленного применения. Также выпускники активно участвуют в исследованиях в области бор-нейтронозахватной терапии рака, занимаются проблемами генерации мощных потоков СВЧ и субмиллиметрового излучения.

Подготовка специалистов реализуется известными российскими научными школами, получившими мировое признание. Направление дает базовые знания по физике, технике и материаловедению полупроводников, а также необходимые навыки практической работы в области современных высоких технологий. Особое внимание уделяется способам создания и изучения электронных, оптических и структурных свойств полупроводниковых микро- и нанообъектов, физико-химии и атомной инженерии поверхности и границ раздела, исследованию элементарных процессов эпитаксиального роста полупроводниковых слоев.

Основные направления подготовки: физика и техника полупроводников, создание и исследование полупроводниковых микро- и наноструктур и тонких пленок, физика структур пониженной размерности, физика процессов микро- и нанотехнологии, физхимия и технологии поверхности и межфазных границ, микро- и наноэлектроника.

Основные направления подготовки: физика и механика импульсных процессов при экстремально высоких давлениях и температурах, газовая динамика, ударно-волновой синтез новых материалов и динамическое компактирование порошковых материалов, кумулятивные процессы.

Студенты принимают активное участие в исследованиях, проводимых в лабораториях Института гидродинамики СО РАН. Практические проекты, в которые они вовлечены, направлены на реализацию потенциала фундаментальной науки. Это развитие бесконтактных методик исследования взрывных процессов: применение синхротронного излучения и СВЧ-колебаний, лазерной диагностики взрывных явлений и газовых потоков.

За пятьдесят лет развития установок со встречными пучками (коллайдеров) в Институте ядерной физики СО РАН была создана научная школа мирового класса, обогатившая знаниями мировое сообщество в национальных и международных центрах. Выпускники направления работают практически во всех крупнейших мировых центрах в области физики высоких энергий.

Основные направления специализации студентов: проведение экспериментов на действующих установках со встречными электрон-позитронными пучками; участие в создании новых электрон-позитронных коллайдеров; создание нового электрон-позитронного инжекционного комплекса; разработка и создание лазера на свободных электронах; разработка и изготовление установок электронного охлаждения; проектирование и поставка «под ключ» источников синхротронного излучения 3-го поколения; разработка и создание медицинских и промышленных ускорителей.

Направление базируется в Институте ядерной физики СО РАН. Научная работа преподавателей и студентов связана прежде всего с экспериментами, проводимыми на ускорителях заряженных частиц, в частности на электрон-позитронных коллайдерах (два из них работают в ИЯФ СО РАН), включает разработку детекторов частиц для этих экспериментов, а также обработку и анализ больших массивов экспериментальных данных (Big Data). Также направление включает возможность участия в международных экспериментах по астрофизике и поиску Темной материи.

Уровень полученного образования позволяет выпускникам продолжить работу или дальнейшее обучение в ведущих мировых центрах по физике элементарных частиц, таких как ИЯФ СО РАН, CERN, KEK, Fermilab, Jefferson Lab, BNL, GSI/FAIR и многих других.

Современные эксперименты в области физики высоких энергий, физики плазмы, эксперименты с использованием синхротронного излучения невозможны без сложной комплексной компьютерной инфраструктуры сбора, обработки и хранения данных. Для создания и использования таких систем нужны физики, одинаково хорошо разбирающиеся как в физике самого эксперимента, так и в современных информационных технологиях. Выпускники направления востребованы как в институтах СО РАН, так и в различных IT-компаниях.

Подготовка студентов ведется по научным направлениям: моделирование и обработка данных экспериментов, языки программирования и проектирование ПО, архитектуры ЭВМ и операционные системы, базы данных, системы современных детекторов для экспериментов по физике высоких энергий и сопутствующая электроника, современные средства проектирования радиоэлектронных устройств, цифровые интегральные схемы, микроконтроллеры, микропроцессоры, программируемая логика, проблемы безопасности в информационных технологиях.

Задача направления – подготовка научных кадров, профессионально занимающихся разработкой, развитием и применением физических методов для исследования структуры твердотельных объектов, в том числе, функциональных материалов различного назначения и наносистем. Студенты не только учатся пользоваться сложнейшей исследовательской аппаратурой, но и получают инструмент для решения различных научных проблем.

Выпускники востребованы практически во всех областях науки и во многих прикладных областях деятельности, использующих физические методы исследования, например, в наукоемких производствах, связанных с созданием новых материалов.

Задача направления – подготовка специалистов, хорошо владеющих физическими методами исследования и способных применять их для изучения процессов, происходящих в химических и биологических системах на молекулярном уровне. Достижения и открытия химической физики и биофизики используются в самых различных областях науки – от лазерной технологии и физики твёрдого тела до биологии и медицины.

Направление химической и биологической физики отличает высокий уровень преподавания и научной работы: практически все сотрудники – признанные в мире ученые с высокими показателями цитирования.

Характерная особенность научной работы студентов – решение задач в рамках небольших коллективов, что позволяет им в полной мере проявлять самостоятельность и творчески подходить к работе.