я потребуется вступление России в крупнейшие международные организации, такие как Европейская южная обсерватория, консорциум Сети радиотелескопов площадью квадратный километр, консорциум по программе гравитационной астрономии, консорциум детекторов нейтрино и других.
Проблемы астрономии и астрофизики тесно переплетаются с современными задачами ядерной физики, в том числе поиском границы нашего мира и определением возможного количества химических элементов. Наряду с космическими исследованиями поиски новых типов материи будут продолжены на Большом адронном коллайдере.
Будут продолжены фундаментальные исследования колебательных и волновых систем и процессов, используемых для создания новых систем генерации, преобразования и регистрации электромагнитных волн, а также использование новых систем для диагностики окружающей среды. Развиваются такие традиционные области как радиофизика, акустика и акустоэлектроника. Особое внимание уделяется фундаментальным проблемам распространения радиоволн, методам и средствам генерации, усиления, преобразования и приема электромагнитных волн (в первую очередь в терагерцевом диапазоне) , разработке когерентных источников микроволнового излучения.
Отдельный междисциплинарный интерес вызывают фундаментальные исследования в области современной оптики, фотоники и лазерной физики, в том числе вопросы создания новых лазерных генераторов и исследования взаимодействия лазерного излучения с веществом. Во всем мире в перечень приоритетных направлений входят исследования в области физики экстремальных световых полей и экстремального состояния вещества, в первую очередь по проблемам создания рекордно мощных источников излучения с уникальными параметрами (в том числе рентгеновского и терагерцевого, аттосекундных импульсов, с использованием пучков заряженных частиц) и их приложений. Технологический прорыв ожидается в интегральной, волоконной и адаптивной оптике, где особой задачей является миниатюризация оптических элементов и совмещение их с электронными компонентами. Новые инструменты фотоники станут основой методов оптической диагностики веществ со сверхвысоким пространственным, временным и энергетическим разрешением. Достижения фотоники стимулируют развитие новых научных направлений, обеспечат революционное развитие современного материаловедения, электроники, энергетики, робототехники, информатики, медицины.
В план исследований включены мероприятия по созданию новых источников энергии, в том числе на основе управляемого ядерного синтеза, а также по разработке новых методов генерации интенсивных потоков ускоренных частиц и электромагнитного излучения. Российской Федерации принадлежит приоритет в области создания гиротронов - источников излучения, используемых для нагрева плазмы и генерации постоянных токов, обеспечивающих стабильность работы установок по получению управляемого термоядерного синтеза. В центре внимания фундаментальных исследований в области физики плазмы будут оставаться крупные международные проекты по освоению энергии управляемого термоядерного синтеза (в их числе международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР) . Другим направлением физики экстремальных состояний вещества являются исследования в области физики низких и сверхнизких температур, где проявляются такие эффекты, как сверхпроводимость, сверхтекучесть и низкотемпературный магнетизм.
Новым прорывным направлением являются квантовые технологии, развитие которых позволяет вести поиск и исследование новых эффектов, интересных с точки зрения понимания квантовой механики, а также обеспечивает создание принципиально новых устройств, например, с элементами нанофотоники и наноплазмоники, имеющих потенциальное применение в области квантовой информатики, криптографии, сенсорики, телекоммуникаций.
Актуальными остаются исследования физических и технологических основ создания элементов квантовых симуляторов, квантовых компьютеров и квантовой связи, в том числе с использованием сверхпроводящих структур, лазерно-охлажденных атомов в вакуумных ловушках, атомов примесей в изотопически чистых полупроводниках, квантовых точек, фотонных чипов. Высокая прикладная значимость таких исследований определяется необходимостью разработки новых стандартов времени и частоты, совершенствования метрологических и навигационных систем, создания новых сенсорных инструментов.
Указанные исследования непосредственно связаны с основными задачами физики конденсированных сред, физическими и технологическими основами создания новых типов функциональных материалов и устройств с заданными характеристиками. Значительный междисциплинарный интерес представляет создание новых типов функциональных материалов и структур: полупроводников и наногетероструктур (включая соединения со структурой перовскитов) , высокотемпературных сверхпроводников, конструкционных материалов и композитов, структур и покрытий с заданными характеристиками (например, жаропрочные, с заданными трибологическими свойствами, "умные" материалы, эффективные фотовольтаические материалы) . В области физики конденсированного состояния также будут продолжены поиск и исследования различных физических эффектов, в том числе таких, как нелинейные эффекты, поляритоны (гибридные состояния "свет - вещество") , электронные эффекты, связанные с сильным спин-орбитальным взаимодействием, спиновые волны и другие возбуждения, процессы их генерации, детектирования, распространения, Бозе-конденсация.
Будет развиваться медицинская физика в части глубоких фундаментальных исследований на стыке физики, химии и биологии и в части разработки новых методов и инструментов диагностики и лечения различных заболеваний.
В рамках сформулированных основных задач будут разработаны фундаментальные основы технологий, имеющих высокое прикладное значение, в том числе ядерных, лазерно-оптических (фотонных) , квантовых, координатно-навигационных и метрологических, медицинских, технологий физического материаловедения. Все это в полной мере соответствует приоритетам научно-технологического развития, определенным Стратегией научно-технологического развития Российской Федерации, утвержденной Указом Президента Российской Федерации от 28 февраля 2024 г. № 145 "О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации" (далее - Стратегия) . (В редакции Распоряжения Правительства Российской Федерации от 22.07.2024 № 1955-р)
Перечень приоритетных направлений фундаментальных и поисковых научных исследований на 2021 - 2030 годы
Направление фундаментальных и поисковых научных исследований | Раздел фундаментальных и поисковых научных исследований |
| 1.3.1. Физика атомов и молекул | 1.3.1.1. Физика ультрахолодных атомов и молекул |
| 1.3.1.2. Квантовая физика атомов и молекул в электромагнитных полях | |
| 1.3.1.3. Динамика и структура атомно-молекулярных комплексов | |
| 1.3.1.4. Физика атомных и молекулярных столкновений | |
| 1.3.1.5. Развитие методов атомной и молекулярной спектроскопии | |
| 1.3.2. Физика конденсированных сред и физическое материаловедение | 1.3.2.1. Развитие теории конденсированных сред |
| 1.3.2.2. Структурные исследования конденсированных сред, связь структуры и свойств | |
| 1.3.2.3. Физика магнитных явлений, магнитные материалы и структуры, спинтроника | |
| 1.3.2.4. Физика полупроводников и диэлектриков | |
| 1.3.2.5. Физика нано- и гетероструктур, мезоскопика | |
| 1.3.2.6. Физика поверхности, границ раздела и других протяженных дефектов | |
| 1.3.2.7. Физика низких температур, квантовые кристаллы и жидкости | |
| 1.3.2.8. Квантовая макрофизика, Бозе-конденсаты, сверхпроводимость | |
| 1.3.2.9. Свойства веществ при экстремальных внешних воздействиях | |
| 1.3.2.10. Физическое материаловедение и физика дефектов | |
| 1.3.2.11. Фундаментальные проблемы физической электроники | |
| 1.3.2.12. Спектроскопические и резонансные методы исследования конденсированных сред | |
| 1.3.3. Ядерная физика и физика элементарных частиц | 1.3.3.1. Физика элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий |
| 1.3.3.2. Фундаментальная физика атомного ядра | |
| 1.3.3.3. Нейтринная физика, астрофизические и космологические аспекты ядерной физики и физики элементарных частиц | |
| 1.3.3.4. Физика космических лучей | |
| 1.3.3.5. Физика ускорителей заряженных частиц, включая синхротроны, лазеры на свободных электронах, источники нейтронов, а также другие источники элементарных частиц, атомных ядер, синхротронного и рентгеновского излучения | |
| 1.3.3.6. Развитие методов детектирования элементарных частиц, атомных ядер и ионизирующего излучения, методов рентгеновской и нейтронной оптики | |
| 1.3.3.7. Ядерно-физические методы в медицине, энергетике, материаловедении, биологии, экологии, системах безопасности и других областях | |
| 1.3.4. Физика плазмы | 1.3.4.1. Физика высокотемпературной плазмы и управляемый ядерный синтез |
| 1.3.4.2. Физика низкотемпературной плазмы | |
| 1.3.4.3. Пламенные процессы в геофизике и астрофизике | |
| 1.3.4.4. Физика плазменных устройств | |
| 1.3.5. Оптика и лазерная физика | 1.3.5.1. Взаимодействие лазерного излучения с веществом, в том числе в сверхсильных полях; создание лазеров сверхкоротких сверхмощных импульсов излучения |
| 1.3.5.2. Перспективные методы оптических квантовых вычислений и квантовых коммуникаций | |
| 1.3.5.3. Волоконная оптика, оптическая связь, оптическая информатика | |
| 1.3.5.4. Развитие методов спектроскопии, люминесценции и прецизионных оптических измерений | |
| 1.3.5.5. Физика лазеров и лазерных материалов; нелинейные оптические явления | |
| 1.3.5.6. Новые оптические материалы, оптические элементы фотоники, интегральная оптика, голография, нанофотоника, метаматериалы и метаповерхности | |
| 1.3.5.7. Развитие методов фотоники для применения в технике и медицине | |
| 1.3.6. Радиофизика и электроника, акустика | 1.3.6.1. Когерентные источники микроволнового излучения и их применение |
| 1.3.6.2. Развитие методов генерации, усиления, преобразования и приема электромагнитных волн | |
| 1.3.6.3. Физика нелинейных волн и нелинейная динамика | |
| 1.3.6.4. Фундаментальные проблемы распространения радиоволн, в том числе в ионосфере | |
| 1.3.6.5. Акустика, в том числе нелинейная, акустоэлектроника, акустооптика | |
| 1.3.6.6. Наносекундная электроника больших мощностей и ее применение | |
| 1.3.6.7. Радиофизические и акустические методы диагностики окружающей среды, связи и локации | |
| 1.3.7. Астрономия и исследования космического пространства | 1.3.7.1. Происхождение, строение и эволюция Вселенной |
| 1.3.7.2. Физика галактик и межгалактической среды | |
| 1.3.7.3. Физика звезд и компактных объектов | |
| 1.3.7.4. Солнце и околоземного космического пространства, солнечно-земные связи | |
| 1.3.7.5. Планеты и планетные системы | |
| 1.3.7.6. Развитие методов наземной и внеатмосферной астрономии |
Направление науки: 1.4. Химические науки
Основные научные задачи и ожидаемые прорывные результаты на 2021 - 2030 годы
Первостепенной задачей современных фундаментальных исследований в области химии остается поиск методов контроля химических реакций на уровне отдельных реагирующих молекул, который является основой всех практических приложений современного химического знания от биохимического медицинского анализа до разработки крупнотоннажных химических производств.
Другая ключевая задача химии будущего - это установление химических механизмов появления жизни и процессов в живых системах. Изучение химии мышления и памяти живых систем, тесно связанное с разработкой искусственного интеллекта и развитием бионических технологий, будет иметь приоритетное значение. Развитие комплекса химических и междисциплинарных подходов к описанию сложности живых систем обеспечит переход к комплексному управлению процессами жизни на молекулярном уровне. Фундаментальное изучение химической природы живых организмов - основа разработки лекарственных средств и методов лечения от неизлечимых и социально значимых заболеваний в рамках направления фундаментальных физико-химических исследований механизмов физиологических процессов и создание на их основе фармакологических веществ и лекарственных форм для лечения и профилактики социально значимых заболеваний. Важное значение будут иметь задачи создания новых лекарств для ранней диагностики и лечения онкологических и тяжелых вирусных заболеваний, аутоимунных и орфанных заболеваний. Большим вызовом для химии является антибиотикорезистентность и поиск альтернативных, принципиально новых антибактериальных средств.
В связи с глобальными климатическими изменениями возрастающую роль в развитии химической науки будут играть исследования, нацеленные на охрану окружающей среды и снижение антропогенной нагрузки на экосистемы. Понимание химических взаимосвязей планетарного комплекса, включающих землю, море, атмосферу и биосферу, позволит эффективно поддерживать сложный экологический баланс и жизнеспособность биосферы нашей планеты. Решение этой фундаментальной проблемы имеет принципиальное значение для разработки государственной политики, нацеленной на предотвращение деградации окружающей среды. Одно из ключевых направлений "зеленой химии" будущего - это создание биоподобных химических технологий с использованием самособирающихся сложных систем и материалов. Динамическая самоорганизация смесей химических компонентов в сложные системы от наноразмерных до макроскопических по аналогии с биологической сборкой станет основой технической революции в химическом производстве. Новые принципы химического преобразования вещества, основанные на переходе от синтеза соединений, нуждающихся в выделении и очистке, к "самооптимизирующемуся" целевому синтезу готового продукта, поднимут эффективность химического производства на принципиально новый уровень и одновременно снизят нагрузку на окружающую среду.
Важными задачами остаются социально ориентированная разработка новых материалов и технологий их производства, создание эффективных систем защиты граждан от терроризма, несчастных случаев, преступлений и болезней, минимизации урона в случае техногенных катастроф. Исследования в этой области будут нацелены на создание высокоселективных сенсоров и тест-систем для идентификации опасных веществ и организмов, быстрого и надежного обнаружения токсичных и опасных химических веществ, а также взрывчатых веществ.
К прорывным направлениям будет относиться разработка соединений и материалов с заданными свойствами, инновационных материалов для обеспечения материальной основы информационных технологий, которые определяют успехи инновационной промышленности. "Биоподобная" стратегия химического синтеза в сочетании с методами хемоинформатики и быстрого скрининга открывает возможность для получения принципиально новых, адаптивных, самовосстанавливающихся умных "материалов - устройств", "материалов - гибридов", сочетающих в себе органические и неорганические соединения, и молекулярных машин, интегрированных с нейронными сетями и системами машинного обучения. Следствием развития химии самосборки станет создание компактных, программируемых, универсальных синтезаторов материалов, способных производить функционально различные материалы из одного и того же набора стартовых компонентов и адаптировать конечный продукт под конкретную задачу.
Одним из ключевых направлений фундаментальных исследований в химии станут химические проблемы получения и преобразования энергии, использования альтернативных и возобновляемых источников энергии. В условиях растущей конкуренции за энергетические ресурсы и уменьшения глобальной ресурсной базы актуальным будет развитие "зеленой" энергетики на основе возобновляемой дешевой энергии с новыми способами ее производства, хранения и транспортировки. Современные способы производства и использования энергии, основанные на потреблении конечных ресурсов и природных ископаемых планеты, создают экологическое давление на окружающую среду и человечество. Эффективной альтернативой ископаемому топливу, наряду с атомной энергетикой, станет использование топливных элементов различных типов на основе водорода, использование неисчерпаемой энергии солнечного света и применение сверхпроводников, которые позволят существенно снизить потери при передаче и повысить эффективность распределения энергии.
Перечень приоритетных направлений фундаментальных и поисковых научных исследований на 2021 - 2030 годы
Направление фундаментальных и поисковых научных исследований | Раздел фундаментальных и поисковых научных исследований |
| 1.4.1. Фундаментальные основы химии | 1.4.1.1. Природа химической связи, реакционной способности, механизмов реакций, физико-химических свойств веществ |
| 1.4.1.2. Новые атом- и энергосберегающие методы синтеза химических веществ | |
| 1.4.1.3. Подходы к получению биологически активных органических соединений | |
| 1.4.1.4. Новые полимерные, композитные, нано- и сверхтвердые материалы | |
| 1.4.1.5. Процессы горения и взрыва | |
| 1.4.1.6. Новые соединения радиоактивных элементов | |
| 1.4.2. Научные основы создания новых материалов с заданными свойствами и функциями, в том числе высокочистых и наноматериалов | 1.4.2.1. Фундаментальные основы получения новых металлических, керамических и углеродсодержащих композиционных материалов |
| 1.4.2.2. Методы и технологии получения неорганических, органических и гибридных наноматериалов и композитных наноматериалов для альтернативной энергетики | |
| 1.4.2.3. Физико-химические основы синтеза функциональных материалов для различных областей современной техники | |
| 1.4.2.4. Новые материалы и технологии в интересах развития Арктической зоны Российской Федерации | |
| 1.4.2.5. Твердофазные и иные безрастворные методы синтеза, модифицирования и выделения полимеров | |
| 1.4.3. Физико-химические основы рационального природопользования и охраны окружающей среды на базе принципов "зеленой" химии и высокоэффективных каталитических систем, создание новых ресурсо- и энергосберегающих металлургических и химико-технологических процессов, включая углубленную переработку углеводородного и минерального сырья различных классов, бытовых и техногенных отходов, а также новые технологии переработки облученного ядерного топлива и обращения с радиоактивными отходами | 1.4.3.1. Физико-химические основы новых экологически безопасных и безотходных технологий для разделения и извлечения стратегически важных металлов |
| 1.4.3.2. Высокотехнологичные подходы и методы для мониторинга и контроля окружающей среды | |
| 1.4.3.3. Технологии создания различных типов нержавеющих, коррозионно-, износо- и хладостойких сталей | |
| 1.4.3.4. Технологии глубокой переработки различных видов углеродного сырья | |
| 1.4.3.5. Энерго- и ресурсосберегающие технологии получения конверсионных полимерных покрытий | |
| 1.4.3.6. Технологии получения веществ высокой чистоты и продуктов с высокой добавленной стоимостью | |
| 1.4.3.7. Переработка отработанного ядерного топлива | |
| 1.4.3.8. Производство новых видов ядерных топлив | |
| 1.4.3.9. Физикохимия радионуклидов | |
| 1.4.3.10. Экологически безопасные и ресурсосберегающие методы обработки целлюлозы и других возобновляе |