Физико-исследовательская лаборатория Индии: История и направления исследований.

Введение

Индийский институт космических исследований. Физическая исследовательская лаборатория (PRL; хинди: भौतिक अनुसंधान प्रयोगशाला, IAST: Bhoutik Anusandhan Prayogashala) — Национальный исследовательский институт, занимающийся космическими и смежными науками, финансируемый главным образом Департаментом космических исследований Правительства Индии. Эта исследовательская лаборатория ведет текущие исследовательские программы в области астрономии и астрофизики, атмосферных наук и аэрономии, планетарных и геонаук, наук о Земле, изучения Солнечной системы и теоретической физики. Она также управляет Удайпурской солнечной обсерваторией и инфракрасной обсерваторией Маунт-Абу. PRL расположен в Ахмедабаде. Физическая исследовательская лаборатория была основана 11 ноября 1947 года доктором Викрамом Сарабхаем. Лаборатория начала свою деятельность в его резиденции с исследований космических лучей. Институт был официально учрежден в Институте науки М. Г. в Ахмедабаде при поддержке Образовательного фонда Кармакшетра и Образовательного общества Ахмедабада. Профессор К. Р. Раманатан был первым директором института. Первоначальный фокус был сосредоточен на исследованиях космических лучей и свойств верхних слоев атмосферы. Позднее, благодаря грантам Комиссии по атомной энергии Соединенных Штатов, области исследований были расширены и включили теоретическую физику и радиофизику. PRL участвует в исследованиях, связанных с пятью основными областями науки. PRL также играет важную роль в планетарной научно-исследовательской программе PLANEX. В июне 2018 года ученые PRL обнаружили экзопланету EPIC 211945201b или K2 236b, расположенную в 600 световых годах от Земли. Здание PRL было спроектировано Ачьютом Канвинде в 1962 году.

Организационная структура

Совет по управлению PRL занимает высшую ступень в иерархии организационной структуры PRL. Директор PRL подчиняется ему. Директор консультируется с различными научными отделами, деканом и регистратором для обеспечения согласованной работы. PRL включает следующие научные отделы: астрономия и астрофизика, солнечная физика, планетология, космическая и атмосферная наука, геонауки, теоретическая физика и атомно-молекулярная и оптическая физика. Декан PRL предоставляет ряд академических услуг. Администрацией, мастерскими, строительством и обслуживанием, вычислительными ресурсами и библиотекой управляет регистратор PRL. Администрация отвечает за общее управление, снабжение и закупки, бухгалтерию, медицинский пункт и отдел хинди.

История

Физическая исследовательская лаборатория была основана 11 ноября 1947 года. Мечтой основателей было создание ведущего института в Ахмедабаде для проведения фундаментальных исследований космических лучей и ряда других избранных областей физики. Поскольку физика атмосферы являлась основным направлением исследований профессора Раманатана, был создан Отдел физики атмосферы для расширения спектра исследовательской деятельности. Лаборатория начала свою работу в нескольких помещениях Института науки М. Г. с небольшим количеством научных сотрудников и ассистентов. С ростом лаборатории общие научные программы расширились в направлении комплексного изучения различных типов излучения, достигающего Земли. В целях адекватной реализации подобных программ возникла острая необходимость в интеграции радиофизики, теоретической физики и электронной группы в существующие группы по физике атмосферы и космическим лучам. Для финансовой поддержки был сделан запрос в Комиссию по атомной энергии при правительстве Индии, который был одобрен в 1949 году. В 1950 году был сформирован Управляющий совет ЛФИ при поддержке ряда организаций, таких как бывшее правительство Бомбея, Министерство природных ресурсов и научных исследований, Образовательный фонд Кармакшетра, Образовательное общество Ахмедабада и Комиссия по атомной энергии. В 1951 году профессор Раманатан основал станцию наблюдения за озоном на горе Абу. 12 октября 1951 года было выполнено первое измерение озона с использованием озонового спектрофотометра Добсона. По мере увеличения числа проектов и сотрудников Ахмедабадское образовательное общество приняло решение предоставить землю для строительства отдельного здания. Ахмедабадское образовательное общество и Образовательный фонд Кармакшетра выделили средства на строительство здания. Лауреат Нобелевской премии профессор К. В. Раман заложил фундамент здания 15 февраля 1952 года, а покойный премьер-министр Джавахарлал Неру открыл первое здание кампуса 10 апреля 1954 года. В 1957–1958 годах ученые ЛФИ участвовали в различных научных программах, связанных с науками о Земле. Это обусловило необходимость разработки радиационных детекторов и электронных приборов. Таким образом, ЛФИ приступил к разработке и внедрению мезонных телескопов, фотометров, счетчиков Гейгера-Мюллера, ионозондoв, спектрометров Добсона и т.д. Для наблюдений за ночным свечением атмосферы, концентрацией озона в атмосфере, интенсивностью космических лучей и т.п. в 1955 году ЛФИ создала исследовательскую станцию в Гульмарге (Кашмир). Поскольку станция давала хорошие результаты, в 1963 году было решено создать полноценную Высокогорную исследовательскую лабораторию в Гульмарге. В 1960-х годах на ЛФИ производилось множество полезных нагрузок для ракет. Таким образом, ЛФИ стал центром разработки полезных нагрузок для ракет. Исследования лунных метеоритов и горных пород, а также наук о Земле были начаты, поскольку они были любимыми темами профессора Девендры Лала, который в 1972 году занял должность директора ЛФИ. В 1970-х годах были запущены новые направления исследований, такие как астрономия и физика плазмы. Исследования в области физики плазмы преследовали две основные цели: предоставление теоретической и экспериментальной поддержки текущим исследованиям ЛФИ в области космоса и ионосферы, а также начало исследований высокотемпературной плазмы, что имело решающее значение для развития исследований в области термоядерного синтеза. Вторая цель была перенесена и привела к созданию Института исследований плазмы (ИИП) в Гандинагаре. В 1970-х годах к существующим программам была добавлена программа по атомной и молекулярной физике, поскольку атомные и молекулярные реакции имеют решающее значение для понимания астрофизики и атмосферной науки. В тот же период были разработаны три радиотелескопа в Раджкоте, Сурате и Тхалтедже (Ахмедабад). Они были созданы с целью измерения скорости солнечного ветра путем одновременного наблюдения за радиосцинтилляциями с помощью всех телескопов.

The Physical Research Laboratory was founded on 11 November 1947 The dream of the founders was to establish a leading institute at Ahmedabad for conducting fundamental research on cosmic rays and some other selected areas of Physics. Atmospheric physics being Prof. Ramanathan's primary research interest, the Department of Atmospheric Physics was added to extend the scope of research activities. In some M. G. Science Institute rooms, the laboratory was initiated with few research students and assistants. The overall scientific programs expanded in the direction of a unified study of the various types of radiation imparted on the Earth, with the growth of the laboratory. The need to incorporate radiophysics, theoretical physics, and an electronics group into the then existing atmospheric physics and cosmic ray groups was strongly felt in the interest of adequate implementation of this type of program. For the financial support, the Atomic Energy Commission of the Government of India was requested, and the request was accepted in 1949. A Council of Management for PRL was framed in 1950 with support from several bodies such as erstwhile Government of Bombay, Ministry of Natural Resources and Scientific Research, Karmakshetra Educational Foundation, Ahmedabad Educational Society, and Atomic Energy Commission. The ozone observing station was set up at Mount Abu by Prof. Ramanathan in 1951. On the date of October 12, 1951, the first measurement of ozone was performed using Dobson ozone spectrophotometer. As the number of activities and workers were increasing, Ahmedabad Education Society decided to provide land for a separate building. Ahmedabad Education Society and Karmakshetra Educational Foundation contributed money for the cost of the building. Nobel laureate Prof. C. V. Raman placed the foundation stone of the building on February 15, 1952 and the late Prime Minister Jawaharlal Nehru inaugurated the first building of the campus on April 10, 1954. In the years of 1957–58, the scientists of PRL were taking part in a variety of scientific programs related to Earth sciences. Due to this, a need for in house development of radiation detectors and electronic instruments was felt. Thus, PRL started developing and implementing Meson Telescopes, Photometers, Geiger Muller Counters, Ionosonde, Dobson Spectrometers, etc. For the observations of airglow during the nighttime, ozone concentration in the atmosphere, the intensity of cosmic rays, etc., a research station at Gulmarg in Kashmir was established in 1955 by PRL. As this station was giving fruitful results, it was decided to set up a complete High Altitude Research Laboratory at Gulmarg in 1963. In the 1960s, many of[rocket payloads were being manufactured at PRL. So PRL started emerging as the center for developing payloads for rockets. Research on lunar meteorites and rocks and Earth sciences was started as they were favorite subjects of Prof. Devendra Lal, who took charge of the position of director of PRL in 1972. Various novel branches of studies such as Astronomy and Plasma Physics were launched in the 1970s. The research on Plasma Physics had two significant goals. One was to provide theoretical and experimental support to the then present research at PRL on space and ionosphere. The other was to commence research on the plasma of high temperature, which was crucial for the development of fusion research. The second goal was shifted and emerged as an institute named Institute for Plasma Research (IPR), Gandhinagar. In the 1970s, a program on atomic and Molecular physics was added to the existing programs as atomic and molecular reactions are crucial in order to understand astrophysics and atmospheric science. During the same era, three radio telescopes were also developed at Rajkot, Surat, and Thaltej(Ahmedabad). They were established with an aim to measure the speed of solar wind via observing radio source scintillations at the same time with all telescopes.

Астрономия и астрофизика

Эта исследовательская программа изучает оптический, инфракрасный, рентгеновский и радиодиапазоны длин волн для изучения проблем, связанных с галактическими и внегалактическими космическими явлениями. Исследования охватывают области звездообразования, эволюции звезд средней массы, фотометрические и поляриметрические исследования активных галактик и объектов BL Lac, а также исследования с высоким угловым разрешением методом лунных оккультаций и изучение околозвездной структуры. Астрономические наблюдения проводятся с помощью 1,2-метрового инфракрасного телескопа, расположенного на горе Абу. Лаборатория также проводит исследования солнечной фотосферы и хромосферы в рамках проекта Группы глобальных колебаний (Global Oscillations Network Group) на Солнечной обсерватории в Удайпуре, используя 12-футовый телескоп SPAR. С применением радиотехники также изучается солнечная активность и ее влияние на космическую погоду.

Атомная, молекулярная и оптическая физика

Эта междисциплинарная исследовательская программа охватывает широкий спектр тем, таких как астрохимия, основы квантовой механики, люминесцентное датирование и другие. Она также изучает классические и квантовые свойства света, атомов, молекул и молекулярных кластеров с использованием широкого диапазона электромагнитного спектра, пучков высокоэнергетических электронов и т.п. Для расширения исследований в области квантовой информатики этой исследовательской группой запущена "Программа квантовой науки и технологий". Другие направления исследований в рамках этой программы включают ионную импульсную спектроскопию, квантовую оптику и квантовую информацию, плазму, созданную лазером, нелинейную оптику и квантовую запутанность, рассеяние света и т.д. В распоряжении исследователей находятся диодно-накачиваемый твердотельный лазер, фемтосекундный волоконный лазер, инвертированный исследовательский микроскоп Nikon, пространственные световые модуляторы, модули подсчета одиночных фотонов (SPCM), установка для нанесения тонких пленок методом спинового покрытия, FTIR-спектрометр и т.д.

Планетарные науки

Раздел специализируется на изучении процессов, происходивших в ранней Солнечной системе. Для этого в программе используются стабильные и радиоактивные изотопы. Основная цель – понять происхождение и эволюцию Солнечной системы, уделяя особое внимание внутренним планетам. Другая цель – разобраться в физических и химических процессах, протекающих в атмосферах планет, посредством моделирования, наблюдений и расчетов. Данным подразделением также реализуется Планетарная программа науки и исследований (PLANEX). Среди других проводимых в этом подразделении исследований – изучение солнечного рентгеновского и флуоресцентного излучения с лунной поверхности, наблюдение и моделирование микрокомпонентов газов, ионов и пыли в нижней атмосфере Марса, спектроскопия отражения земных и лунных образцов, а также галактическая химическая эволюция и другие направления. В распоряжении подразделения находятся такие экспериментальные установки, как масс-спектрометр благородных газов, электронно-зондовый микроанализ (EPMA) и другое оборудование.

Теоретическая физика

Отдел теоретической физики в PRL ставит своей целью изучение теоретических и феноменологических аспектов атомной физики, физики конденсированного состояния, гравитации и астрочастичной физики, неравновесных явлений и физики частиц. В текущие исследовательские программы входят физика нейтрино, физика за пределами Стандартной модели, стандартное и нестандартное нарушение CP-инвариантности, массы фермионов, суперсимметрия, бариогенез, феноменология теорий с высшими измерениями, КХД и кварк-глюонная плазма, цветовая сверхпроводимость, нарушение хиральной симметрии, исследование квантового хаоса в спектрах ядерных энергий, группово-теоретические модели и ядерные структуры, изучение атомарных состояний Ридберга, спектроскопия Штарка атомных уровней, анализ устойчивости синхронизированных структур в сетях связанных отображений.

Космические и атмосферные науки

Целью этого подразделения является изучение радиационных, химических, ионизационных и динамических процессов в атмосфере нашей планеты различными методами, включая ракетные и аэростатные эксперименты, лабораторные исследования, а также теоретическое моделирование и симуляцию атмосферы Земли. Основными направлениями исследований подразделения являются атмосферная химия, аэрозоли, излучение и климат, а также взаимодействия плазмы и нейтральных частиц в околоземном пространстве. Проводятся измерения и моделирование концентраций микрокомпонентов и озона для изучения динамики и химии нижней части атмосферы. Характеризация атмосферных аэрозолей осуществляется с использованием различных методов наблюдений и анализа. В состав экспериментальной базы подразделения входят монитор химического состава аэрозолей (ACSM), анализаторы поверхностных микрокомпонентов, датчики для ракетных и аэростатных зондов, ближний инфракрасный спектрограф (NIIS), лидар, анализаторы парниковых газов и другое оборудование.

Геологические науки

В этом отделе проводятся исследования, в особенности связанные с геохронологией, геохимией, гляциологией, океанографией и палеоклиматологией. Основной акцент делается на изучении происхождения и эволюции Земли и ее компонентов. Изотопная геология – одна из наиболее исследуемых областей. Их исследования базируются на измерениях концентраций радиоактивных изотопов, элементов и т.п. Это подразделение реализует несколько исследовательских программ, включая химию аэрозолей, гидрологию, палеоклиматологию, океанографию и другие. Экспериментальная база подразделения включает в себя ускорительный масс-спектрометр (AMS), аэталметр, изотопный масс-спектрометр с отношением масс (IRMS), ионные хроматографы и многое другое.

Академики

В Физической лаборатории проводятся различные семинары и открытые лекции. В ее распоряжении мастерская, компьютерный центр, библиотека и различные другие лаборатории. Также предлагается пятилетняя программа докторантуры по физике со специализациями в области теоретической физики и физики сложных систем, космических и атмосферных наук, квантовой оптики и квантовой информации, астрономии и астрофизики (инфракрасной, субмиллиметровой и радиоастрономии, солнечной физики, планетарных и геонаук). Поступление осуществляется на основании письменного экзамена и собеседования.