В новосибирском Академгородке вспомнили успехи мировой науки в 2019 году

В Институте физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН состоялся традиционный новогодний семинар, на котором обсуждались достижения мировой науки в 2019 году. В работе семинара участвовали также ученые из институтов цитологии и генетики и неорганической химии СО РАН и зарубежные гости - из университета Технион (Израиль).

В числе достижений года были названы -квантовое превосходство компании Google, возможность получения эффекта сверхпроводимости при высокой температуре, появление химерных животных, способов применения гигантского комбинационного рассеяния света и другие интересные работы.

...об изучении всемирного культурного наследия с помощью ионитов

Профессор университета Технион (Израиль) Эммануил Баскин , бывший

сотрудник Института физики полупроводников СО РАН, в составе международной коллаборации разрабатывает высокоточные методы анализа, в частности, для изучения объектов всемирного культурного наследия: например, рукописей Михаила Булгакова, Джакомо Казановы.

"С помощью специально подготовленных ионитов (нерастворимых соединений, способных поглощать из раствора положительные или отрицательные ионы в обмен на эквивалентные количества других ионов, содержащихся в ионите, имеющих заряд того же знака, нам удалось извлечь из рукописей те вещества, которые оставили авторы, прикасаясь к бумаге. В случае работ Булгакова - это, например, белки, характерные для болезни почек (известно, что он страдал ею), следы морфина, который писатель использовал для облегчения состояния. На рукописях Казановы мы обнаружили соединения ртути, следы опиумной настойки и другие вещества", - объяснил Эммануил Баскин.

По словам ученого, подобная технология извлечения следовых количеств веществ востребована в медицинской диагностике, для исследования объектов всемирного культурного наследия.

…об исследовании брачного поведения дрозофил

Ведущий научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН, кандидат биологических наук Нариман Баттулин рассказал о недавней работе биологов, связанной с исследованием брачного поведения дрозофил.

"Была загадка, которую больше ста лет не могли разгадать: дрозофилы с мутацией в гене, ответственном за цвет тела, хуже спариваются с самками, чем те мухи, у которых этой мутации нет. В первом случае цвет самцов - желтый, во втором - черный. Никто не знал, почему эта мутация оказывает такое влияние на поведение, было предположение, что это связано с нарушением синтеза дофамина", - отметил Нариман Баттулин.

Дофамин - это ключевой элемент системы вознаграждения, который вызывает чувство удовольствия и удовтлетворения, также он необходим для образования черного пигмента меланина.

"Коллектив исследователей решил разобраться, где конкретно в нейронах дрозофил нарушается синтез дофамина и почему они (дрозофилы желтого цвета - прим. авт.) так плохо размножаются. Поведение этих мух регулируется специальными подсистемами в мозгу, там порядка 2000 нейронов и авторы планомерно выключали ген Yellow в этой системе нервных клеток. Отключили везде, во всех нейронах, но не воспроизвели мутацию. В итоге ученые выяснили, что “виноваты” половые коготки на лапках у самцов, которыми они хватают самку, и если в половых коготках будет мало меланина, то последние становятся мягкими и самцы не могут удержать самку. Сто лет считалось, что это особенности поведения, а оказалось - дело в механике процесса!», - подчеркнул Нариман Баттулин.

...о квантовой запутанности

Старший научный сотрудник Института физики полупроводников, кандидат физико-математических наук Илья Бетеров сообщил о работе, сделанной в университете Висконсин-Мэдисон (США), результаты ее опубликованы в журнале Physical review Letters .

Достижение авторов - получение 90% точности генерации перепутанных состояний Белла - простейшего примера квантовой запутанности, когда квантовые состояния частиц оказываются взаимосвязанными вне зависимости от расстояния между ними. То есть воздействие на состояние одной частицы, мгновенно передается другой.

"Это рекорд для системы, в которой реализовано когерентное возбуждение на высоколежащие ридберговские состояния, адресованное только одному атому. Воздействие на один атом не оказывает никакого влияния на соседние, этого довольно сложно добиться", - отметил ученый.

Также Илья Бетеров рассказал, какая техника нужна, чтобы сфотографировать одиночный атом, захваченный в оптический пинцет и показал свой авторский снимок такого объекта.

...о гигантском комбинационном рассеянии света

Заместитель директора Института физики полупроводников по научной работе, доктор физико-математических наук Александр Милёхин, рассказал, что г игантское комбинационное рассеяние света - получение усиленного сигнала комбинационного рассеяния с помощью, например, наночастиц металлов. При комбинационном рассеянии небольшая часть фотонов меняет свою частоту в результате взаимодействия с молекулами какого-либо вещества.

"Одно из выдающихся достижений метода ГКРС - совмещение гигантского комбинационного рассеяния света и ближнепольной микроскопии: сканирующей туннельной микроскопии или атомно-силовой. Если молекула помещена вблизи металлического острия микроскопа, то можно усилить сигнал такой молекулы. В этом году была опубликована работа, в которой показано, что разрешение оптического метода может достигнуть величины в один ангстрем. Причем возможна визуализация нормальных колебательных мод одной молекулы", - отметил Александр Милёхин.

Ученый привел исключительно новогодний пример практического применения подобных методов. "Группа исследователей изучала ряд объектов: совиньон блан, пино нуар, шираз, мерло, каберне совиньон. Оказалось, что при помощи ГКРС можно визуализировать в этих научных образцах содержание красителей", - добавил Александр Милёхин.

...об оживленных мозгах, очеловеченных и химерных животных

Символ прошлого года - свинья, и в 2019 году благодаря этому животному биологи совершили несколько удивительных открытий.

"В апреле прошлого года ученым удалось “оживить” мозг свиньи после смерти (мозг получили через четыре часа - прим. авт.) и в течение 10 часов через него прокачивались специальные растворы, проводилось наблюдение - клетки мозга не умирали, а нейроны показывали электрическую активность. Возможно, это открытие позволит предотвратить необратимые процессы, происходящие с клетками мозга человека после смерти", - рассказала младший научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН Татьяна Шнайдер .

Еще одна работа, в которой без свиней не обошлось, связана с получением донорского материала. Известно, что животные не могут быть его поставщиками для людей в силу большой генетической разницы и возникающего вследствие иммунного отторжения.

"Один из способов “очеловечить свинью” - геномное редактирование", - объяснила Татьяна Шнайдер.

По ее словам, китайская компания "eGenesis" анонсировала появление свиней, с самой большой по своей статистике генетической модификацией из всех существующих. "На своей странице “eGenesis” пишет, что в скором времени они будут приступать к клиническим испытаниям. Поэтому высока вероятность того, что лет через пять появятся пациенты с пересаженными очеловеченными органами", - добавила Татьяна Шнайдер.

Второй способ получить донорские органы с помощью животных — вырастить их внутри последних. «В эмбрион свиньи нужно привнести клетки человека, из которых потенциально могут формироваться нужные органы. Но при этом есть вероятность, что клетки начнут формировать головной мозг, и возникает масса этических вопросов, связанных с тем, можно ли использовать животных, у которых часть головного мозга состоит из человеческих клеток. Поэтому эксперименты на людях и свиньях с созданием таких химерных животных не проводились. Но в начале декабря одна из лабораторий опубликовала статью, в которой говорится о том, что родились поросята с клетками макаки-крабоеда. Это первая работа, которая показывает принципиальное существование организма химеры между свиньей и приматом", - подчеркнула биолог.

...о святом Граале физики твердого тела - металлическом водороде

"Металлический водород - материал, которому приписываются все мыслимые и немыслимые свойства, ему предсказали судьбу самого высокотемпературного сверхпроводника" - так начал свой доклад заместитель заведующего лаборатории физики низких температур Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН, кандидат физико-математических наук Александр

Лавров .

"Как и положено Граалю, он не давался в руки долгое время, только недавно начали появляться сообщения о том, что вроде бы удалось получить металлический водород. К сожалению, это до сих пор остается в виде сказаний, поскольку никто этого не видел, и не все в это верят", - добавил ученый.

Как объяснил Александр Лавров, плотность атомов водорода в гидридах металлов может быть существенно выше, чем в жидком водороде, и в 2017 году для гидрида серы удалось получить выдающееся сверхпроводящего перехода — 190 градусов Кельвина (минус 83,15 градусов Цельсия).

"Затем, согласно сделанным ранее теоретическим предсказаниям, серу “заменили” на редкоземельный металл, и температура сверхпроводящего перехода в образце гидрида лантана достигла 270 градусов Кельвина (минус 3,15 градусов Цельсия). Конечно, подобные эффекты наблюдаются только при сверхвысоких давлениях. В последние месяцы появились расчеты, в которых для более сложных гидридов предсказаны температуры сверхпроводящего перехода выше 400 градусов Кельвина - то есть около 200 градусов Цельсия", - подвел итог исследователь.

...о квантовом превосходстве Google

Как рассказал старший научный сотрудник лаборатории неравновесных полупроводниковых систем кандидат физико-математических наук Алексей Ненашев , сотрудники Института Google опубликовали статью в Nature , которая начинается со слов “квантовое превосходство”.

"Я считаю, что это фантастически сложный и красивый эксперимент, его семьдесят семь авторов хорошо потрудились. Они утверждают в этой работе, что на квантовом компьютере впервые сделано такое вычисление, которое обычному классическому компьютеру “не по зубам”, и, таким образом, достигнуто квантовое превосходство", - уточнил ученый.

Как объяснил Алексей Ненашев, парадокс в том, что данное утверждение проверить нельзя, поскольку объем памяти даже самого высокопроизводительного, обычного (не квантового) компьютера недостаточен для повторения эксперимента.

"Вероятности того, что каждый этап эксперимента - это именно следствие вычислений квантового компьютера, а не просто случайный набор нулей и единиц, невозможно смоделировать на классическом компьютере. Получается, что пока квантовое преимущество есть, мы не можем проверить его наличие. И лишь в будущем сможем узнать, что в 2019 году было достигнуто квантовое превосходство", - завершил свое сообщение исследователь.