Защита в ИПФ: Александр Самсонов

Продолжаем рассказывать о сотрудниках ИПФ РАН, которые недавно стали кандидатами наук.
🎓Сегодня героем рубрики "Защита в ИПФ" стал младший научный сотрудник отдела сверхбыстрых процессов Александр Самсонов. Он защитил свою диссертацию 11 декабря 2023 года.

Тема: Влияние реакции излучения и генерации электрон-позитронных пар на взаимодействие лазерного излучения и потоков заряженных частиц с веществом

Специальность: физика плазмы

– Почему вы выбрали эту тему для исследования?

Как и у всех студентов ВШОПФ, на третьем курсе пришла моя пора выбрать тему для бакалаврского диплома. Меня заинтересовали исследования, проводимые в секторе моделирования сверхбыстрых процессов ИПФ РАН, которым заведует Игорь Юрьевич Костюков. Он предложил несколько задач, которыми занималась его группа, среди них были моделирование плазменного ускорения электронов, ионов и исследование квантово-электродинамических каскадов. Меня привлекло, что большая часть исследований связана с численным моделированием. Кроме того, данная область исследований достаточно молодая и поэтому, как мне кажется, в ней до сих пор существует большой потенциал для по-настоящему новых открытий, что не может не привлекать пытливый ум исследователя :)

– Как проходили ваши исследования? Какие методы вы использовали?

Значительная часть исследований – это численное моделирование процессов взаимодействия заряженных частиц и электромагнитного поля. Довольно важной отличительной чертой метода моделирования, который мы используем, – метода частиц-в-ячейках – является то, что в нем фактически отсутствуют какие то дополнительные предположения о задаче, моделирование проводится из первых принципов физики. С одной стороны, это позволяет моделировать очень обширный круг задач, однако с другой стороны, требует колоссальных вычислительных ресурсов. Поэтому такое моделирование часто может быть проведено только на суперкомпьютерах. Собственно проведение таких моделирований и анализ полученных результатов составляли одну часть моего исследования. Второй важной частью являлось построение упрощенных аналитических моделей, которые бы достаточно точно описывали ключевые особенности и закономерности, наблюдаемые в численном моделировании. Построение таких моделей, как я это вижу, служит двум целям. Во-первых, их разработка позволяет разобраться, какие процессы и взаимодействия являются ключевыми в каждой конкретной задаче, а какими можно пренебречь. Во-вторых, такие модели обладают предсказательной силой и позволяют существенно снизить количество ресурсоёмких численных моделирований.

– К какому результату вы пришли?

Я занимался несколькими различными задачами и получил соответственно несколько результатов. Остановлюсь, пожалуй, на одном, который я считаю самым интересным и довольно наглядным. Нам удалось показать, что при взаимодействии лазера экстремальной интенсивности с тонкой фольгой в результате развития квантово-электродинамического каскада этот лазер, т.е. фактически свет, преобразуется в очень экзотическое вещество – электрон-позитронную плазму. Этот процесс образования материи из света известен в квантовой электродинамике еще с середины прошлого века, однако прямое наблюдение такого процесса в экспериментах до сих пор не было проведено. Наше исследование открыло ещё одну возможную конфигурацию эксперимента, где такой процесс мог бы наблюдаться.

– Какие у вас есть дальнейшие планы на свои исследования? Какой темой планируете заниматься дальше?

Сейчас в нашей области исследований появилось новое популярное направление – исследование влияния поляризационных состояний частиц, например, спина электрона, на процессы в сильных полях. У этой задачи есть ряд еще не решенных вопросов к тому, как эти состояния учитывать при численном моделировании. Прогресс в данной области потенциально может открыть двери к созданию поляризованных пучков быстрых частиц. Насколько мне известно, такие пучки могут быть использованы в задачах инерциального термоядерного синтеза и для поиска новых частиц за рамками стандартной модели, т.е. в двух очень актуальных задачах современной физики. Мне было бы интересно продолжить исследования именно в этом направлении.