EN
Конкурс студенческих научных работ
имени академика Рема Викторовича Хохлова
    
    В январе состоялся очередной конкурс дипломных работ выпускников Физического факультета имени академика Рема Викторовича Хохлова.     Приказом декана Физического факультета было сформировано жюри конкурса под председательством профессора кафедры математики Боголюбова А.Н.
    Конкурс традиционно состоял из двух этапов. На первом (заочном) этапе работы представлялись рецензентами – членами жюри конкурса. Затем проводилось тайное голосование, по результатам которого из 29  работ принятых к участию в конкурсе 11 работ были допущены к участию во втором (очном) туре, на котором авторы докладывали свои работы. Затем было проведено второе тайное голосование, по результатам которого были выделены три работы, занявшие первое место, три работы, занявшие второе место и пять работ, занявшие третье место. Размеры премий составили соответственно девять, шесть и четыре тысячи рублей.
    Следует отметить, что практически все присланные на конкурс работы были весьма высокого качества, как по полученным в них результатам, так и форме их изложения. Объем публикации не позволяет, к сожалению, рассказать обо всех присланных на конкурс работах и даже о работах, прошедших во второй тур. Поэтому мы ограничимся рассказом только о трех работах, получивших первые премии.
Начнем с работы Максима Германовича Годзи «Структурно-функциональное сравнение белков на основе анализа их энергетических ландшафтов» (кафедра биофизики). В современной физико-химической биологии описание процессов, происходящих в живых системах, невозможно без применения адекватных физических моделей. Тем не менее, ввиду чрезвычайной сложности живых систем, такие модели обычно синтезируются на базе максимально упрощенных математических алгоритмов.
Наглядной иллюстрацией сказанного может служить сравнение белков, являющееся одной из весьма актуальных задач современной биофизики и биоинформатики. Результаты такого сравнения находят применение в разработке лекарственных препаратов, к которым возбудители заболеваний не способны вырабатывать устойчивость в процессе мутагенеза,  в анализе функций белков в клетке, биоинжениринге макромолекул, моделировании направленной эволюции.
Традиционно используемые алгоритмы сводят задачу сравнения белков к геометрическому сопоставлению двух статичных макромолекулярных структур в евклидовом пространстве. Такой подход позволяет ответить на ряд частных вопросов, но в общем случае может приводить к существенным погрешностям. Причина последних с точки зрения физики совершенно очевидна: белок представляет собой макромолекулу, которая состоит из многих тысяч атомов и находится в тепловом равновесии с водным окружением. Следовательно, в задаче сравнения белок не может рассматриваться как некоторая случайно выбранная статичная структура.
В работе предложен принципиально новый подход к задаче сравнения белков, основанный на нахождении локальных минимумов их энергетических ландшафтов. Вычисление таких ландшафтов осуществляется на базе молекулярно-механических силовых полей, описывающих всю совокупность существующих в системе межатомных взаимодействий. В результате становится возможным сравнить две подвижные белковые молекулы в их наиболее близких состояниях. В качестве критерия близости сравниваемых макромолекул предложена комбинированная функция, учитывающая как геометрические особенности их взаимного расположения (после наложения двух структур), так и энергетические характеристики. Апробация предложенного подхода на экспериментальных белковых структурах, полученных методами рентгеноструктурного анализа и ЯМР, показала, что новый подход к сравнению белков обладает большей точностью по сравнению с традиционными методами структурного выравнивания благодаря привлечению ясных физических представлений о белковых макромолекулах, использованию строгой математической модели и расчетам с применением суперкомпьютеров.
Данная работа тесно связана с другими направлениями научной группы биоинформатики и системной биологии кафедры биофизики физического факультета МГУ, а предложенный подход уже используется в задаче предсказания пространственных структур белков.
В дипломной работе  Дмитрия Михайловича Севальнева «Трехволновые взаимодействия дефектно-деформационных волн и их проявления в самоорганизации поверхностных микро- и наноструктур при лазерном воздействии на твердые тела»  (кафедра общей физики и волновых процессов) самоорганизация микро- и наноструктур рельефа поверхности твердых тел под действием потоков энергии и частиц трактуется как неустойчивость поверхностных волн нового типа, это дефектно-деформационные (ДД) волны. ДД волна образована связанными друг с другом квазистатическими волнами Лэмба и Рэлея и волной концентрации дефектов. Впервые рассмотрены коллинеарные трехволновые взаимодействия квазистатических ДД волн (генерация второй и третьей гармоники, а также смешение волновых векторов). Компьютерная обработка экспериментальных данных по лазерно-индуцированной генерации микро- и наноструктур рельефа поверхности выявляет наличие эффектов генерации второй гармоники и смешения волновых векторов. Проводится аналогия между трехволновым взаимодействиями ДД волн и классическими трехволновыми взаимодействиями в нелинейной оптике и акустике. Неколлинеарные трехволновые взаимодействия рассмотрены на основе нового двумерного дефектно-деформационного Курамото-Сивашинского (ДДКС) уравнения. Показано, что это уравнение единым образом описывает образование упорядоченных и неупорядоченных структур трех основных типов. Это – ламелиобразные структуры, неупорядоченные ансамбли и гексагонально-упорядоченные ансамбли наноточек. Изотропное ДДКС уравнение обобщено на случай анизотропии поверхностной диффузии дефектов, что позволило дать описание генерации одномерных структур. Сравнение полученных путем численного решения морфологий поверхности с экспериментальными, показывает, что дефектно-деформационное уравнение Курамото-Сивашинского адекватно воспроизводит морфологию ансамблей микро- и наночастиц, получаемых экспериментально при лазерном и ионном облучении твердых тел.
    Работа Константина Григорьевича Катамадзе «Управление спектром бифотонного поля за счет неоднородного нагрева кристалла» (кафедра квантовой электроники) посвящена управлению спектром бифотонного поля за счет неоднородного нагрева кристалла. Генерация и управление параметрами неклассических световых полей – одна из основных задач квантовой оптики. Такие поля широко используются в задачах квантовой информации и квантовой связи. Бифотонное поле – поле, состоящее из коррелированных пар фотонов – наиболее популярный представитель неклассических полей. Частотный спектр такого поля является ключевой характеристикой для ряда задач. Так, бифотонные поля с широким спектром необходимы для создания перепутанных двухчастичных состояний высокой размерности, прецизионной синхронизации часов, обеспечения высокого разрешения в квантовой оптической когерентной томографии, а также увеличения эффективности двухфотонных процессов для слабых полей. Последнее может быть использовано, например, для реализации  нелинейных квантовых логических операций. В настоящее время разработка методов уширения спектра бифотонного поля широко ведется примерно в десяти  лабораториях мира.
    В дипломной работе продемонстрирован новый способ генерации бифотонных полей с широким спектром. Как и в большинстве методов, генерация бифотонного поля происходит за счет эффекта спонтанного параметрического рассеяния (СПР) света, который был теоретически предсказан Д. Н. Клышко и экспериментально обнаружен на физическом факультете В. В. Фадеевым и др. в 1965 г. В общем случае СПР имеет относительно узкий спектр. Суть предложенного метода состоит в модификации условий фазового синхронизма за счет термооптического эффекта. Создавая градиент температуры вдоль нелинейно-оптического кристалла, можно реализовать зависимость фазовой расстройки от продольной координаты. Таким образом, в разных частях кристалла синхронизм замыкается для разных пар частот. В результате бифотонное поле является суперпозицией вкладов от всех частей кристалла и имеет широкий спектр.
    Для реализации стационарной функциональной зависимости температуры образца от продольной координаты, был разработан и изготовлен  специальный многосекционный нагреватель с контроллером температуры. В качестве образца использовался кристалл дигидрофосфата калия.
    Было проведено несколько серий экспериментов. В результате была показана зависимость ширины спектра бифотонного поля от разности температур кристалла. При этом было достигнуто рекордное уширение спектра до 154 ТГц (260 нм при центральной длине волны 702 нм). Кроме того, было продемонстрировано угловое уширение и было показано, что вклады в частотную и спектральную компоненты полного спектра СПР можно разделить.
    Важной характеристикой любого метода уширения спектра слабого светового поля является зависимость интегральной интенсивности от ширины спектра. В большинстве работ на эту тему такая характеристика не приводится. В настоящей работе экспериментально показано, что при большом уширении интегральная интенсивность падает, и дано качественное объяснение этого эффекта.
    Кроме того, была продемонстрирована возможность управления не только шириной, но и формой спектра за счет изменения вида температурного распределения. Это достигалось эмпирическим путем за счет изменения ориентации образца и напряжений на отдельных секциях нагревателя.
    В заключение отметим, что работа, фактически, содержит решение важной научной проблемы – управление спектром неклассического света, которая уже нашла применение для создания эффективного источника двухфотонного поля.
    Результаты дипломной работы, а также других работ, не вошедших непосредственно в диплом, опубликованы в журналах «Письма в ЖЭТФ», «ЖЭТФ», «Advanced Science Letters».
    Уже обзор этих трех работ показывает весьма высокий уровень дипломных работ присланных на конкурс. Хотелось бы еще отметить следующее. Когда в рамках конкурса знакомишься с работами дипломников, поражаешься крайнему разнообразию их тематики. Ребята занимаются чрезвычайно интересными вещами и притом с огромным увлечением. Возможно, стоит рассмотреть вопрос о создании специального сайта в рамках сайта факультета, посвященного данному конкурсу, где были бы приведены его очередные результаты, рефераты работ и сведения о конкурсантах. Это было бы весьма интересно и полезно, особенно для студентов младших курсов, стоящих перед проблемой выбора кафедры.

Декан физического факультета
профессор         В.И. Трухин
Председатель конкурсной
комиссии  
профессор   А.Н.Боголюбов

Назад