Fizika

Grujić Helena, II razred, Gimnazija “Dušan Vasiljev”, Kikinda
Matić Naum, III razred, Treća Beogradska gimnazija

Mentor:
Denčevski Aleksa, Institut za fiziku u Beogradu

Cilj ovog projekta bio je karakterizacija i projektovanje Frenelovih sočiva i lanaca klasičnih refraktivnih sočiva. Analizirani su ključni parametri, uključujući transmisiju, optčke aberacije i položaj fokalnih ravni, u zavisnosti od oblika, broja elemenata i vrste primenjenih materijala. Projektovane su singletne, ahromatske i apohromatske konfiguracije zasnovane na najčešće korišćenim optičkim staklima BK7, SF11 i F2.

Simulacije su izvedene korišćenjem matrične optike sa širokim spektrom promenljivih parametara, čime je omogućeno realističnije opisivanje optičkog sistema. Na taj način definisana su sočiva stvarnih dimenzija, izrađena od stvarnih materijala, uz minimizovane gubitke i aberacije. Projekat doprinosi jasnijem razumevanju savremenih optičkih konfiguracija i pruža osnovu za praktičnu primenu Frenelovih sočiva u tehničkim i inženjerskim sistemima.

Ostojić Vukašin, IV razred, Matematička gimnazija, Beograd

Mentori:
Denčevski Aleksa, Institut za fiziku u Beogradu
Đokić Danilo, Elektrotehnički fakultet u Beogradu

Fluorescentni skenirajući mikroskop zahteva brzo i precizno skeniranje uzorka. Za to se koristi sistem galvo ogledala, čiji ugao zavisi od napona koji se na njih dovede. Neka očigledna rešenja su korišćenje Arduina ili akvizicionih kartica koja imaju ograničenja u pogledu brzine, sinhronizacije i kašnjenja signala, što direktno utiče na rezoluciju i kvalitet slike. U ovom radu razvijeno je rešenje korišćenjem FPGA za generisanje dva analogna signala, akviziciju podataka i upravljanje celim tokom skeniranja u realnom vremenu. Sistem ostvaruje pravu paralelnu obradu, kao i mogućnost precizne kontrole trajanja svakog koraka zbog veoma malog kašnjenja, to za posledicu ima laku sinhronizaciju signala i sliku visokog kvaliteta. Prikazani su arhitektura, način rada i simulacija jednog celog skeniranja. Razvijeni sistem se pokazao kao efikasno i pouzdano rešenje problema. 

Lazić Dušan, III razred, Gimnazija, Kraljevo
Dimitrijević Vuk, IV razred, Matematička gimnazija, Beograd

Mentori:
Aleksandar Cucić, Fizički fakultet, Univerzitet u Beogradu
Sanja Krndija, Fizički fakultet, Univerzitet u Beogradu

Kagome rešetka je dvodimenzionalna kristalna rešetka koja se javlja kod metala i takvi metali imaju interesantna svojstva u pogledu zonske strukture i transporta. Ovaj rad primarno ispituje transport elektrona i toplote na kagome rešetki, odnosno odgovor ovog sistema na spoljašnja polja.

Kvantnomehaničkim metodama fizike čvrstog stanja, odnosno korišćenjem modela jake veze, pronadjen je Hamiltonijana ovog sistema i rešen njegov svojstveni problem. Tim postupkom određena je zonska struktura sistema, odnosno kvantizovane funkcije od kristalnog impulsa elektrona. Modelujući kretanje elektrona putem semiklasičnih jednačina i rasejanja elektrona u rešetki putem aproksimacije relaksacionog vremena, pronađena je raspodela elektrona pri spoljašnjem homogenom električnom polju. Na osnovu tih rezultata, izveden je izraz za tenzor električne provodnosti ove rešetke. Numeričkim metodama ispitivane su zavisnosti provodnosti od nivoa Fermijeve energije, kao i od faze koja se akumulira pri prelazu elektrona između čvorova rešetke. Toplotna provodnost izvedena je trivijalno putem Videman-Francovog zakona. Rad pruža brojne interesantne uvide u mehanizam transporta elektrona i toplote na kagome rešetki, koji mogu biti korisni kako za teorijsko razumevanje, tako i za primenu u industriji, na primer putem mogućnosti optimizacije provodnosti promenom Fermijeve energije.

Urošević Mila, III razred, Peta beogradska gimnazija

Mentor:
Jovanović Mateja, Institut tehničkih nauka SANU, Beograd

Pravilno savijanje proteina predstavlja ključan uslov za ostvarivanje njegove biološke funkcije, dok pogrešno savijanje može dovesti do ozbiljnih posledica, uključujući neurodegenerativne bolesti poput Parkinsonove. Cilj ovog rada je ispitivanje uticaja povišene temperature okruženja na proces savijanja proteina korišćenjem simulacija molekularne dinamike. Analizirani su proteini 1XQ8, čije pogrešno savijanje ima ulogu u razvoju Parkinsonove bolesti, i 1AG2, koji je korišćen kao stabilniji referentni model. Simulacije su sprovedene u GROMACS programu, uz primenu AMBER99SB-ILDN force field-a, pri konstantnom pritisku i na temperaturama od 310K i 350 K. Praćenjem vremenske evolucije broja vodoničnih veza, površine kontakta sa vodom i srednje kvadratne devijacije ispitivan je uticaj temperature na promenu strukture proteina. Dobijeni rezultati su u skladu sa dosadašnjim saznanjima o ponašanju ovih proteina. Uočeno je da visoka temperatura podstiče i ubrzava pogrešno savijanje, dok protein povezan sa Parkinsonovom bolešću ne dostiže funkcionalan oblik ni u fiziološkim uslovima, što ukazuje na značaj njegovog pravilnog vezivanja za specifične agregate u organizmu.

Brkić Pavle, III razred, Gimnazija „Jovan Jovanović Zmaj“, Novi Sad
Milićević Milica, II razred, Gimnazija „Jovan Jovanović Zmaj“, Novi Sad

Mentor:
Đorđević Ivana, Fizički fakultet Univerziteta u Beogradu

Cilj ovog rada je razvijanje algoritama detekcije bit-flip i phase-flip grešaka u kvantnim kolima, koristeći zapis logičkog stanja pomoću tri fizička qubita. Ideja je konstrukcija pouzdanog i efikasnog algoritma detekcije, zadržavajući pritom minimalnu količinu resursa.  Algoritmi su razvijeni analitičkim putem, koristeći osnovne kvantne kapije, što omogućava jednostavnost samog kola i njegovu široku primenu. U cilju ispitivanja pouzdanosti i efikasnosti algoritama, primenjeni su na tri poznata problema u teoriji kvantne informacije: problem superdense coding-a, problem kvantne teleportacije i problem slanja informacija. Svi algoritmi su testirani na IBM-ovim kvantnim računarima kojima je pristupljeno preko cloud-a. Rezultati jasno ukazuju da su ovi algoritmi uspeli da detektuju skoro sve nastale bit- i phase-flip greške, pritom održavajući logičku strukturu kvantnog kola. Algoritam detekcije bit-flip grešaka u potpunosti je generalizovan, dok onaj za phase-flip u određenim kolima zbog njihove konfguracije narušava logičku strukturu i daje dekoherentne rezultate.

Šević Sofija, III razred, Gimnazija „Jovan Jovanović Zmaj“, Novi Sad

Mentor:
Vladan Pavlović, Prirodno matematički fakultet Univerziteta u Nišu

Glavni cilj ovog projekta bio je ispitivanje optičkog Kerovog efekta, odnosno nelinearne promene indeksa prelamanja izazvane spoljašnjim elektromagnetnim poljem, u dvoslojnoj sfernoj kvantnoj tački CdSe/ZnS. Kvantna tačka modelovana je kao sferna potencijalna jama, a svojstvene energije i talasne funkcije dobijene su rešavanjem Šredingerove jednačine uz BenDaniel–Duke granične uslove. Transcendentalna jednačina rešena je Newton–Raphson metodom, čime su dalje određeni dipolni elementi prelaza, rezonantne frekvencije i koeficijenti spontane emisije.

Primenjen je formalizam matrice gustine i von Neumann–Lindblad master jednačina, koja omogućava uključivanje relaksacije. Ona je rešena za stacionarno stanje, čime je iz elemenata matrice gustine određena naseljenost osnovnog i prvog pobuđenog nivoa, koja pokazuje da pri povećanju dimenzija kvantne tačke dolazi do jačeg pobuđivanja elektrona.

Rezultati pokazuju da geometrija kvantne tačke značajno utiče na optičke karakteristike: veći poluprečnici slojeva smanjuju energetske razmake, pojačavaju apsorpcione pikove i povećavaju izraženost anomalne disperzije. Analiza susceptibilnosti potvrđuje da Kerov efekat postaje dominantan kada susceptibilnost trećeg reda postane veća od linearne, što se dešava pri većem intenzitetu upadnog talasa.

Miletić Nađa, IV razred, Gimnazija Kruševac

Mentori:
Vladan Pavlović, Prirodno-matematički fakultet u Nišu
Aleksa Denčevski, Institut za fiziku u Beogradu
Aleksandar Cucić, Fizički fakultet u Beogradu

Samoorganizacija svetlosti je proces koji se javlja pri visokim intenzitetima, kada svetlost menja osobine medijuma i indeks prelamanja postaje zavisan od intenziteta, a stabilni obrasci mogu nastati tek u sistemima sa suprotstavljenim nelinearnostima. U ovom projektu predstavljamo analitičko izvođenje jednačine za prostiranje laserskog snopa u nelineranim medijumima kao i numeričko simuliranje procesa samoorganizacije svetlosti. Interakcija svetlosti i medijuma opisana je atomskim sistemom od tri nivoa i master jednačinama, koje uz paraksijalnu aproksimaciju vode do jednačine talasne funkcije. Ona je numerički rešena Split-Step Fourier metodom, podelom na linearni deo u Furijeovom prostoru i nelinearni u realnom prostoru. Simulacije intenziteta i faze pokazuju više režima propagacije i stabilne obrasce otporne na promene početnih uslova.