Георгий Демьянов

Ментор
Георгий Сергеевич Демьянов — младший научный сотрудник Объединенного Института Высоких температур РАН

Контакты
demyanov.gs@phystech.edu
https://t.me/goshadem
https://vk.com/goshadem1

Проект
Моделирование термодинамических свойств белых карликов

Проект посвящен моделированию термодинамических свойств однокомпонентной плазмы (ОКП) — системы, которая играет ключевую роль в описании физики белых карликов. Белые карлики, являющиеся конечной стадией эволюции звезд, представляют собой уникальные природные лаборатории, где материя существует в экстремальных условиях: плотность ионов в их недрах настолько высока, что они образуют однокомпонентную плазму, а кулоновские взаимодействия между частицами становятся доминирующими. Точное описание термодинамики таких систем необходимо для понимания структуры, эволюции и охлаждения белых карликов, а также для определения их возраста, что имеет важное значение для космологии.

В рамках проекта студенту предлагается разработать программный код для моделирования ОКП методом Монте-Карло. Основной задачей является расчет термодинамических свойств системы, таких как энергия, теплоёмкость и уравнение состояния, с учетом кулоновского дальнодействия. Для корректного учёта дальнодействующих взаимодействий будет использован метод суммирования Эвальда, а также его более эффективная версия — усредненный по углам потенциал Эвальда, который позволяет значительно ускорить вычисления. В процессе работы студент познакомится с базовыми методами моделирования кулоновских систем, включая алгоритмы Монте-Карло и молекулярной динамики, а также с современными подходами к решению задач с сильным кулоновским взаимодействием.

Долгосрочной целью проекта является расширение модели на случай Юкавовской однокомпонентной плазмы, где кулоновское взаимодействие экранируется. Эта система более реалистично описывает условия в астрофизических объектах, где экранирование играет важную роль, например, при изучении пылевой плазмы. В частности, студенту будет предложено разработать метод моделирования Юкавовской ОКП с использованием усредненного по углам потенциала Эвальда, что до сих пор не было реализовано в научной литературе. Успешное выполнение этой задачи откроет возможность участия в научных конференциях (например, МФТИ или Эльбрус) и публикации результатов в рецензируемых журналах первого квартиля.

Проект рассчитан на студентов, интересующихся астрофизикой, физикой плазмы, физикой конденсированного состояния и численными методами. Начальные требования включают базовые знания программирования (Python, C++ или аналоги) и основ термодинамики. В процессе работы студент получит навыки, которые могут быть использованы как для дальнейшей научной деятельности, так и для защиты бакалаврского диплома. По завершении учебного этапа проекта возможно официальное трудоустройство в ОИВТ РАН на должность лаборанта с перспективой участия в более сложных научных исследованиях.

Полезные ссылки
Немного о мотивации работы: https://zanauku.mipt.ru/2022/10/12/model-milliona-chastits/
Публикации ментора: https://scholar.google.com/citations?user=gRnaELYAAAAJ&hl=ru&authuser=1
Публикации лаборатории: https://jiht.ru/about/dep_publ.php?sect=245

Комментарий
Работа ориентирована в первую очередь на студентов второго-третьего курсов. В случае, если желающих будет больше одного, можно предложить смежную или альтернативную тему, связанную с атомистическим моделированием (см., например, https://zanauku.mipt.ru/2025/01/16/rossijskie-uchyonye-raskryli-svojstva-tsirkoniya-pri-ekstremalnyh-temperaturah-sinergiya-teorii-i-eksperimenta/).

Для успешного выполнения проекта требуются базовые навыки программирования на C/C++ или Python.

Ментор обладает опытом преподавания материалов курса общей физики. Под его руководством студент успешно защитил бакалаврскую работу, опубликовал статью в журнале первого квартиля и несколько раз представил результаты на научных конференциях.