Обсуждаются механизмы возникновения масс частиц в рамках современных моделей, обобщающих Стандартную модель электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий (далее – обобщённые модели). В обобщённых моделях усложняется структура хиггсовского сектора, вследствие чего появляются дополнительные хиггсовские частицы. Проанализированы теоретические работы ряда авторов и приведены полученные в последние несколько лет экспериментальные данные, возможно, связанные с хиггсовским сектором обобщённых моделей. Кратко обсуждается спонтанное нарушение калибровочной симметрии и возможное объяснение феномена перехода к отрицательному значению квадрата массы скалярного поля, которое используется при спонтанном нарушении. Рассмотрено появление ненулевых значений масс калибровочных бозонов, фермионов и хиггсовских частиц в рамках процедуры спонтанного нарушения калибровочной симметрии. Обсуждается генерация масс частиц в обобщённых моделях. Результаты экспериментальных исследований при высоких энергиях свидетельствуют о возможном существовании нескольких новых скалярных частиц массами от десятков до сотен гигаэлектронвольт, что может подтвердить более сложную структуру скалярного сектора обобщённых моделей по сравнению со структурой скалярного сектора Стандартной модели. Приведённые в обзоре результаты могут быть полезны при планировании и интерпретации результатов экспериментов по поиску скалярных частиц, а также при развитии теоретических обобщённых моделей.

Распространение ультразвуковых медицинских приборов и развитие ультразвуковых методов диагностики и лечения привели к необходимости метрологического контроля широкого спектра параметров акустического выхода ультразвукового медицинского оборудования, таких как давление и интенсивность ультразвука. C целью обеспечения единства измерений в области высокочастотных (0,5–20 МГц) гидроакустических измерений, а также реализации метрологической прослеживаемости результатов измерений интенсивности и давления, полученных с применением соответственно измерителей параметров ультразвукового поля и высокочастотных гидрофонов, усовершенствован Государственный первичный эталон единицы мощности ультразвука в воде ГЭТ 169-2019. В результате совершенствования утверждён Государственный первичный эталон единиц мощности, интенсивности и давления ультразвука в воде ГЭТ 169-2025, в состав которого вошли две новые установки: установка для воспроизведения и передачи единицы интенсивности ультразвука в воде УЭВЧ-1 и установка для воспроизведения и передачи единицы давления ультразвука в воде УЭВЧ-2. Расширение перечня воспроизводимых с помощью ГЭТ 169-2025 единиц позволяет осуществлять метрологическую прослеживаемость результатов измерений мощности, интенсивности и давления ультразвука в воде, а также прослеживаемость приборов, предназначенных для измерений и контроля параметров акустического выхода ультразвукового медицинского и иного оборудования. В Государственную поверочную схему для средств измерений мощности ультразвука в воде в диапазоне частот от 0,5 до 20 МГц внесены изменения, отражающие новые возможности ГЭТ 169-2025 и позволяющие решать проблемы распространения рабочих эталонов в метрологические центры Российской Федерации.

Обсуждены перспективы использования 3,3,3-трифторпропена (R1243zf) – нового холодильного агента с нулевым озоноразрушающим потенциалом и очень низким (0,29) потенциалом глобального потепления. В последние годы получена надёжная экспериментальная информация о термодинамических свойствах (плотности, давлении, изохорной теплоёмкости и скорости звука) R1243zf как в однофазной области, так и на линии насыщения «жидкость – пар». С применением указанных термодинамических величин в широкой области параметров состояния различными специалистами разработан ряд уравнений состояния хладагента R1243zf. В настоящем исследовании предложено единое фундаментальное уравнение состояния R1243zf, созданное в рамках масштабной теории критических явлений и соотношения подобия. Использование этого уравнения позволяет получить надёжные данные о равновесных свойствах жидкости и газа не только в регулярной части термодинамической поверхности, но и в асимптотической окрестности критической точки. Единое фундаментальное уравнение состояния применено для расчёта стандартных справочных данных, включающих информацию о плотности, давлении, энтальпии, энтропии, скорости звука, изобарной и изохорной теплоёмкости 3,3,3-трифторпропен в области параметров состояния 169–420 К и до 40 МПа. Для оценки неопределённости стандартных справочных данных использованы две методики, основанные на расчёте различных статистических характеристик. Получены расширенные неопределённости следующих равновесных свойств R1243zf: плотности (0,25 %); давления (0,35 %); удельной теплоёмкости (1,2 %); скорости звука (0,37 %); плотности насыщенных пара и жидкости (0,55 и 0,40 % соответственно). Рассчитанные оценки статистических характеристик свидетельствуют о том, что единое фундаментальное уравнение состояния хладагента R1243zf адекватно передаёт его равновесные свойства в указанном выше диапазоне параметров состояния. Результаты исследования полезны при проектировании систем кондиционирования воздуха и холодильной техники.

Для обработки результатов измерений и оценивания точности полученного результата традиционно используется нормальное распределение, однако в некоторых случаях данный подход может оказаться некорректным (например, при существенной асимметрии распределения или ограниченности его носителя). Поэтому актуален выбор семейства распределений, которое обеспечивало бы возможность аппроксимации как традиционно применяемых нормального и равномерного законов, так и распределений других типов, более адекватно отражающих специфику конкретных измерительных задач. Для моделирования данных измерений и оценивания показателей точности предложено использовать семейство двусторонних степенных распределений. Это семейство описывается простой математической моделью и при этом обеспечивает достаточное разнообразие форм плотности распределения, включая равномерное, двухмодальные и одномодальные распределения (как симметричные, так и асимметричные). Приведены способы подбора (приписывания) закона распределения на основе как априорной информации (по заданным показателям точности – измеренному значению, стандартной или расширенной неопределённостям, границам интервала охвата для заданного уровня вероятности), так и выборочных данных (реализованы методы максимального правдоподобия, моментов и подбора двустороннего степенного распределения по обратному отображению). Предложены метрологически обоснованные критерии аппроксимации непрерывных распределений распределениями рассматриваемого семейства, описано его использование при оценивании неопределённости многократных равноточных измерений. Для трансформирования распределений разработано программное обеспечение, допускающее задание модели измерений в аналитическом виде. Полученные результаты полезны для специалистов, применяющих методы статистического моделирования при оценивании результатов измерений, аттестации методик измерений и обработке данных межлабораторных сличений.

Рассмотрена задача учёта статистической устойчивости математических моделей объектов измерений, существенным образом влияющей на точность используемых статистических (вероятностных) оценок. Такая задача актуальна, поскольку отсутствует эффективный критерий различения детерминированных и случайных последовательностей. Учёт основан на двухуровневой плотности распределения вероятностей в виде формулы обращения. Числитель формулы характеризует погрешности систематической составляющей гипотетического распределения вероятностей как наблюдаемые отклонения от него статистического распределения данных измерений, а знаменатель – ненаблюдаемые компоненты случайной составляющей. Сходимость ряда повторных измерений является необходимым условием корректности получаемых статистических (вероятностных) оценок. Постановка задачи учёта возможна в связи с тем, что свёртка в виде формулы обращения рассматривается как распределение суммы двух случайных слагаемых, когда второе слагаемое характеризует статистическую устойчивость первого слагаемого. Прямое решение задачи функциональными преобразованиями распределений вероятностей приводит к весьма громоздким результатам. В рамках интерполяционной концепции принято приближение аксиоматикой А. Н. Колмогорова, в котором вероятность представлена положительной действительной случайной величиной, характеризующейся функцией распределения вероятностей – распределением второго порядка. Показатель статистической устойчивости математической модели – вероятность согласия с данными совместных измерений или каппа-критерий воспроизводимости. Установлено, что показатель статистической устойчивости математической модели обобщает статистики критериев согласия А. Н. Колмогорова и Н. В. Смирнова – расстояния между функциями распределения, и содержит расстояние по вариации В. Феллера. Тенденция роста статистики вероятности согласия с увеличением объёма выборки для распределений вероятностей непосредственно характеризует степень статистической устойчивости данных измерений и надёжность логики статистического вывода в измерительных задачах идентификации распределений вероятностей, а также дополняет доверительную вероятность как характеристику качества математических моделей объектов измерений.

Эффективность наклонно-направленного бурения в Арктической зоне Российской Федерации критически зависит от точности магнитных инклинометров. Помимо колебаний напряжения и температуры, значительное влияние на метрологические характеристики магнитных инклинометров во время геомагнитных суббурь оказывают ионосферные токи, вызванные взаимодействием солнечного ветра с магнитосферой Земли. Суперпозиция этих факторов существенно увеличивает дополнительные погрешности магнитных инклинометров и, соответственно, погрешности определения траектории скважины. Показано, что существующие методы компенсации дополнительных погрешностей магнитных инклинометров носят реактивный характер, а проактивные подходы к оценке рисков возникновения данных погрешностей разработаны недостаточно. Предложен статистический подход к вероятностной оценке рисков возникновения экстремальных значений дополнительных погрешностей магнитных инклинометров в высокоширотных регионах. На основе анализа данных магнитных обсерваторий за периодмаксимума 24-го солнечного цикла установлено, что распределения дополнительных погрешностей измерения магнитного склонения и наклонения с помощью магнитных инклинометров подчиняются логнормальному закону. Выявлено, что тяжёлые хвосты этих распределений (до 19 % выборки) достоверно описываются обобщённым распределением Парето, что свидетельствует о высоком риске экстремальных событий. Вероятности превышения допустимых погрешностей измерения магнитными инклинометрами азимутальных и зенитных углов составляют около 6,3 % и 0,81 % соответственно. Такие вероятности указывают на высокий риск возникновения экстремальных значений погрешностей магнитных инклинометров, неприемлемый при проведении дорогостоящих буровых работ. Полученные результаты позволяют создавать карты рисков с возможностью их последующей интеграции в системы поддержки принятия решений при планировании буровых работ. Это минимизирует экономические потери и аварийные риски за счёт заблаговременного прогнозирования периодов, когда использование магнитных инклинометров сопряжено с повышенной вероятностью возникновения неприемлемых погрешностей. Предложенный статистический подход позволяет оценить риски возникновения экстремальных погрешностей магнитных инклинометров без необходимости развёртывания дорогостоящей сети вариационных станций в непосредственной близости от буровых объектов, что особенно актуально для удалённых регионов Арктики.

Рассмотрена задача микроволновой фотоники – разработка и измерение характеристик сверхвысокочастотных систем модуляции оптического излучения, основанных на модуляторах Маха-Цендера. Использование сверхвысокоразрещающих оптических спектрометров для измерения спектрального состава излучения на выходе модулятора в процессе работы позволяет выявить потери и дисбаланс поданной на модулятор СВЧ-мощности, что затруднительно после фотодетектирования. Проанализированы три вида отклонений управляющих сигналов модулятора от оптимальных значений: точность выставления рабочей точки; неравенство затуханий; неравенство абсолютных значений напряжений сигналов в плечах модуляторов. Для оценки влияния эффектов всех указанных отклонений использованы составы оптических и радиочастотных спектров, полученные в результате численного моделирования и экспериментов по модуляции излучения синусоидальным сигналом в разных режимах работы стандартного модулятора Маха-Цендера. Показано, что при уровне отклонений 1 % наибольший вклад в спектральные искажения вносит точность выставления рабочей точки. Предложены методы экспериментальной оценки влияния отклонений от оптимальных значений управляющих сигналов модулятора на его параметры. Данные методы позволяют оценивать по аналитической зависимости мощности спектральных составляющих оптического спектра от различных отклонений дисбаланс СВЧ-мощности в плечах модулятора с погрешностью 1 % при погрешности контроллера рабочей точки 0,1 %.

Фотохронографический метод с использованием электронно-оптических камер в настоящее время остаётся основным способом измерения временны́х характеристик пикосекундных лазерных импульсов. Однако методики учёта источников и оценки неопределённости измерений, разработанные для этого метода ещё в 1970-е гг., устарели и неприменимы к современным электронно-оптическим камерам с цифровой регистрацией изображений. В рамках работ по актуализации метрологического обеспечения измерений длительности лазерных импульсов с помощью фотохронографических электронно-оптических камер разработана методика оценки неопределённости измерений. Разработанная методика содержит детальный анализ источников неопределённости и оценку их вклада в суммарную неопределённость результата измерений длительности лазерных импульсов. Методика реализована на практике для оценки неопределённости выполняемых с помощью фотохронографической электронно-оптической камеры К016 измерений длительности прошедшего через оптоволоконный стретчер импульса фемтосекундного лазера. Практическая значимость исследования состоит в развитии метрологического обеспечения измерений длительности пикосекундных оптических импульсов. Оценка неопределённости результата измерений длительности лазерного импульса в соответствии с разработанной методикой позволит нормировать метрологические характеристики применяемых в лазерной физике и смежных областях средств измерений временны́х характеристик оптических импульсов.

В настоящее время активно развивается область квантовых стандартов частоты на основе холодных атомов. Холодные атомы лежат в основе создания таких квантовых гравиметрических сенсоров, как атомные гравиметры, градиентометры и гироскопы. Одним из ключевых элементов данных сенсоров является источник медленных атомов, который должен обеспечивать достаточный поток охлаждённых атомов. Представлена разработка компактного источника медленных атомов рубидия Rb87 на основе конической магнитооптической ловушки, позволяющей значительно упростить оптическую схему в результате замены многолучевой системы одним коническим отражателем. Разработанный компактный источник используется в стандартах частоты фонтанного типа. Приведены схема, принцип работы, конструктивные особенности и экспериментальные характеристики разработанного источника. Представлены результаты исследования рабочих параметров источника и характеристики его выходного атомного пучка: расчётное число захваченных атомов в конической области ловушки; средняя скорость атомного потока; зависимость характеристик выходного атомного пучка от рабочих параметров ловушки. Приведённые характеристики демонстрируют возможность использования конической магнитооптической ловушки в качестве источника медленных атомов в современных стандартах частоты фонтанного типа и других атомных сенсорах.

Рассмотрено повышение точности селективного определения газов с помощью газоаналитических хеморезистивных мультисенсоров. Основное условие точного определения газов – низкая чувствительность хеморезистивного слоя подложки мультисенсора к изменению сопротивления его нагревательного элемента. Для соблюдения этого условия необходимо обеспечить стабильность нагрева подложки. Усовершенствован способ контроля температурного режима нагревательных элементов подложек хеморезистивных газоаналитических сенсоров. Применение данного способа обеспечивает высокую точность отклика чувствительного слоя и, соответственно, селективного определения газа. Представлены экспериментальные данные режимов инерционности нагрева и ограничения работы нагревательного элемента в режиме поддержания заданной температуры подложки мультисенсора. Чтобы поддерживать заданное значение температуры, нагревательными элементами управляют с помощью сформированного сигнала широтно-импульсной модуляции. Выбраны и обоснованы параметры широтно-импульсной модуляции, необходимые для контроля температуры подложки хеморезистивного газоаналитического мультисенсора. Разработана обобщённая схема подключения микронагревателя к формирователю сигнала широтно-импульсной модуляции. Спроектирован и изготовлен аппаратно-программный блок управления режимом нагрева подложки мультисенсоров с различными характеристиками микронагревателей, проведены экспериментальные исследования режимов нагрева подложки мультисенсора до температуры 300 °C. Описаны и обоснованы подходы к расчёту необходимых параметров формирования сигнала широтно-импульсной модуляции. Сделан вывод о зависимости периода импульса широтно-импульсной модуляции от коэффициента заполнения, который обусловлен количеством точек генерируемого сигнала. Определены параметры широтно-импульсной модуляции, обеспечивающие стабильную работу режима поддержки температуры. Отмечена важность выбора оптимальной частоты сигнала широтно-импульсной модуляции. Предложенный способ позволяет достичь чувствительности хеморезистивного слоя подложки мультисенсора к изменению сопротивления микронагревателя менее чем на 1 %.

Рассмотрена оптимизация геометрического размера равномерной области поля гамма-излучения – одной из важнейших метрологических характеристик дозиметрических рентгеновских и гамма-установок. Проанализировано влияние геометрической формы свинцовых аттенюаторов поверочных установок на размер равномерной области поля гамма-излучения. Показано, что использование аттенюаторов классической формы приводит к значительному уменьшению зоны равномерности, что ограничивает количество одновременно поверяемых дозиметрических приборов, предназначенных для измерений мощности кермы в воздухе. Проведены экспериментальные измерения мощности кермы в воздухе на установке с различными комбинациями аттенюаторов, а также выполнено сравнение с опубликованными данными. На основе результатов предложена оптимизированная форма аттенюатора, обеспечивающая как требуемую кратность ослабления, так и сохранение размера равномерной области поля гамма-излучения. Представлена конструктивная реализация оптимизированных аттенюаторов, защищённая патентом Евразийского патентного ведомства, что подтверждает новизну предложенного технического решения. Полученные данные можно использовать при создании и модернизации поверочных установок гамма-излучения.

Рассмотрены основные проблемы создания предиктивных измерительных систем. Показана роль предиктивной аналитики, цифровых моделей и цифровых двойников измерительных систем в прогнозировании дрейфа метрологических характеристик, оценке остаточного ресурса и снижения риска метрологического отказа. Рассмотрены ключевые аспекты развития интеллектуальных измерительных систем: требования к метрологическому обеспечению и особенности средств измерений на основе искусственного интеллекта, влияние их много компонентности и непрозрачности алгоритмов на процедуры поверки, калибровки и метрологического самоконтроля. На основе действующих стандартов и научных публикаций оценена терминология, используемая в данной области, предложено определение предиктивной измерительной системы, включающее функции прогнозирования как параметров технологического процесса, так и метрологической надёжности средств измерений. Сформулированы рекомендации по совершенствованию методов оценки риска метрологического отказа и отмечена необходимость детализации требований к интеллектуальным измерительным системам посредством разработки (пересмотра) стандартов.