Суперкомпьютеры раскроют тайны микромира
От металлического водорода до взаимодействия белков – такова тематика 14-й Школы-Симпозиума «Фундаментальные основы многомасштабного атомистического моделирования».
Оргкомитет Школы-Симпозиума, состоявшейся в конце августа в Новом Афоне (Абхазия), возглавляют академик Владимир Евгеньевич Фортов и профессор Генри Эдгарович Норман, представляющие Объединенный институт высоких температур РАН и НИУ «Высшая школа экономики». Школа-Симпозиум стала продолжением серии симпозиумов по проблемам физики ультракоротких процессов в сильнонеравновесных средах, проводившихся в 2003-2013 годы.
«Нынешнее название наше мероприятие получило в 2015-м году в связи с широким распространением суперкомпьютеров, отвечающих всё более высоким требованиям развития современной цивилизации», — пояснил профессор Норман, идейный вдохновитель и создатель Школы-симпозиума. Статус школы оно получило с 2016 года.
Научная специфика симпозиума в рассмотрении широкого круга вопросов, в которых с помощью (супер)компьютерных расчетов анализируется динамика физических и биологических процессов на уровне отдельных атомов и молекул. Рассматриваются самые разные системы: от вещества в конденсированном состоянии (кристаллы, жидкости, сверхтекучая материя), в том числе так называемого «мягкого вещества», до плазмы.
Обсуждаются также процессы, оперирующие отдельными фотонами. Рассматриваются вопросы классической молекулярной динамики, квантового атомистического моделирования, методы Монте Карло в статистической термодинамике и физической кинетике, многомасштабные подходы, основанные на атомистическом моделировании, фазовые равновесия, метастабильные состояния и их распад, полимеры, биомолекулы и супрамолекулярные системы, научные основы нанотехнологий, вопросы квантовой информации, а также освещаются новости квантовой механики.
В этом году особое внимание уделено моделированию биологических молекул: белков и клеточных мембран. Благодаря алгоритмам молекулярной динамики, представляющим биомолекулы в форме материальных шариков, связанных пружинками, исследователям удается в компьютерном эксперименте наблюдать за тем, как одни белковые молекулы распознают другие или как молекулы лекарства взаимодействуют со своей мишенью. Такого рода расчеты находят применение при разработке новых лекарств, а также в биоинженерии и других прикладных сферах биологии.
Отличительная черта симпозиума – рассмотрение с единых позиций задач, относящихся к разным областям науки: физике, химии, биологии, инженерным наукам и информатике (computer science). Школа-Симпозиум даёт прекрасную возможность для проведения научных дискуссий в неформальной обстановке, появления коопераций учёных.
По словам профессора Нормана, школа-симпозиум в Новом Афоне имеет две особенности. Первая — время на доклады регламентируется в соответствии с их рейтингом, пожеланиями докладчиков и оргкомитета. Время же на разумные вопросы председатель не ограничивает. После ответов докладчика содокладчики могут выступить с дополнениями. Обычными стали заседания, когда развернувшиеся интересные дискуссии по времени оказываются длиннее самих докладов. Даже в прошлые годы, когда из-за жары заседать приходилось вечером, а помещение всё равно оставалось душным, бывало, что участники мероприятия засиживались далеко за полночь. Сейчас благодаря заботе администрации Нового Афона симпозиум проходит днём, в помещении новой школы, построенной, кстати, на средства РФ, в хорошо кондиционируемом актовом зале.
Вторая особенность симпозиума – начиная с 2005 года качество докладов (оригинальность и ценность содержания, понятность, убедительность презентации) по дробно-пятибалльной системе оценивает жюри, составленное из присутствующих лучших докладчиков предыдущих симпозиумов. Рейтинг лучших докладчиков (выше четвёрки) сообщается на закрытии Симпозиума. Это служит отличным поощрением для молодых, талантливых ученых и стимулирует старшее поколение.
Среди лучших докладов нынешнего года, отмеченных в рейтинге Школы-Симпозиума, два посвящены металлическому водороду (так называемая Третья проблема В.Л. Гинзбурга). В одном рассматривались фазовые переходы, как в кристалле, так и флюиде (расплаве) водорода при давлениях в миллионы атмосфер. Предположительно, эта экзотическая форма материи может существовать в недрах планет-гигантов (например. Юпитера). Новая идея связана с образованием молекулярных ионов Н2+ и Н3+ при переходе водорода в проводящее состояние. Другой доклад – о причинах вопиющих расхождений между собой результатов измерений параметров этих переходов (давления, температуры и др.) в лучших лабораториях США, России и Японии.
Большой интерес вызвал доклад о работающем прототипе нового суперкомпьютера, сделанного по заказу физиков в НИЦЭВТ в мае нынешнего года. Дело в том, что это первый сделанный в России суперкомпьютер, удовлетворяющий требованиям физиков
В число лучших попали также доклады о механизмах процессов переноса в наножидкостях, релаксационной природе динамической прочности сплошных сред, эффективных состояниях атомов в материалах, сильных электронных корреляциях в твёрдых телах, диффузии вакансий, белок-белковых взаимодействиях в мембранах, рекомбинации ионов в плотных газах и жидкостях.
