Солнечные нейтрино, рентгеновская карта Вселенной и вакцины от коронавируса. 5 достижений российской науки за 2020 год

МЕНЮ


Искусственный интеллект
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


Наконец-то можно сказать, что 2020-й подошел к концу. Фраза «Этот год был трудным для нас» подойдет для новогоднего поздравления президента как нельзя лучше, поскольку пандемия оказала влияние практически на все сферы жизни общества. Не осталась в стороне и наука: в нынешнем году изменились не только условия работы ученых, но и направления их исследований. Никита Шевцев рассказывает о пяти самых значимых достижениях российских ученых за 2020 год.

Вакцины

То, что происходило в фармакологии и медицине в этом году, похоже на космическую гонку в середине прошлого века. С той лишь разницей, что за первенство в разработке вакцины соперничали не две страны, а 16. В России на сегодняшний день уже зарегистрированы две вакцины — от НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи и Научного центра вирусологии и биотехнологии «Вектор».

Первая называется «Гам-КОВИД-Вак» («Спутник V»), и ей уже начали вакцинировать наиболее подверженные риску заражения группы населения. Вакцину разработали достаточно быстро благодаря объединению первой и второй фаз клинических испытаний. Методы обработки данных клинических испытаний вызвали споры в исследовательской среде. Несмотря на это, тесты эффективности говорят, что полученный и испытанный в беспрецедентно короткие сроки препарат всё же работает.

Вакцина от «Вектора» — «ЭпиВакКорона» — находится в третьей фазе клинических испытаний с участием 3000 добровольцев. Первые два этапа испытаний этого препарата начались всего на полмесяца позже испытаний «Спутника V», но массовую вакцинацию разработчики пока откладывают. Планируется, что для граждан «ЭпиВакКорона» станет доступной с 1 января 2021 года, но каждый случай ее применения нужно будет заносить в специальный реестр.

Разработка вакцин — очень трудоемкий процесс, который в «мирное» время занимает несколько лет. Для полноценной регистрации препарата необходимо сначала провести исследования для выявления слабых мест вируса. Вакцины бывают разных типов: одни построены на основе ДНК, другие используют убитый вирус, третьи — его РНК, в четвертых применяются белки оболочки патогена и т. д. Независимо от типа вакцины, ее создание требует очень большого объема работ, включающих также доклинические испытания на лабораторных животных.

Российские ученые смогли сократить срок создания такого препарата с нескольких лет до примерно полугода, сохранив при этом приемлемый уровень безопасности вакцины.

Карта Вселенной

В космическом пространстве коронавирус не распространяется, поэтому запущенная в 2019 году российская обсерватория «Спектр-РГ» не прекратила работу. Более того, телескопу удалось построить две полные карты Вселенной в рентгеновском диапазоне длин волн. Всего в рамках проекта, который реализуют Институт космических исследований РАН и Германский центр авиации и космонавтики, планируется сделать восемь таких сканирований, чтобы получить максимально детальную на сегодня карту Вселенной в рентгеновском диапазоне.

Зачем это нужно? Самые мощные современные телескопы, позволяющие увидеть звездное небо в рентгеновском диапазоне, находятся на Земле. Но, несмотря на свою величину, эти аппараты не позволяют получить достаточно информации — им мешает атмосфера нашей планеты. Российско-немецкий аппарат «Спектр-РГ» является самой мощной на сегодня рентгеновской космической обсерваторией, которая уже дала значимые для астрофизики результаты.

За этот год установка успела провести два полных сканирования звездного неба в диапазоне энергий 0,2–30 килоэлектронвольт. Основываясь на полученных данных, исследователи планируют ответить сразу на несколько открытых вопросов астрофизики. Самый главный из них касается эволюции галактик.

«Спектр-РГ» в ходе работы должен будет проанализировать около 100 тысяч скоплений галактик и примерно три миллиона активных ядер галактик — мощных источников энергии, которые излучают в рентгеновском диапазоне длин волн.

Примечательно, что всего за полгода работы обсерватория смогла открыть столько же источников излучения, сколько было обнаружено за 60 лет существования рентгеновской астрономии. Среди открытых объектов — более 300 скоплений галактик и свыше 10 тысяч активных ядер галактик и сверхмассивных черных дыр.

Пока что научная программа миссии рассчитана до 2025 года. После построения восьми полных карт неба «Спутник-РГ» приступит к детальному обзору отдельных галактик и скоплений. Разработчики проекта планируют с помощью полученных данных приблизиться к разгадке тайны темной материи, так как эта субстанция составляет более 80% массы скоплений галактик.

Не менее амбициозная цель «Спектра-РГ» — создать систему навигации для космических аппаратов под названием «Астро-ГЛОНАСС». Она будет следить за положением рентгеновских пульсаров — звезд, излучающих в определенном диапазоне длин волн со строго определенным временным промежутком. Планируется, что такая система позволит с высокой точностью определять положение спутников и космических станций.

Квантовый мир победит

Сфера квантовых вычислений сегодня подходит к своей цели — квантовому превосходству. Нет, это не момент, когда искусственный интеллект поработит мир. Квантовое превосходство наступит, когда квантовый компьютер превзойдет по своей вычислительной мощности традиционные суперкомпьютеры. Несмотря на то, что формально оно было достигнуто компанией Google в октябре 2019 года, квантовые компьютеры универсального назначения, годные для решения реальных научных и технологических задач, пока не созданы.

По большей части проекты в области квантовых вычислений международные, и российские ученые играют немалую роль в большинстве из них. Так, одна из недавних работ ученых Московского физико-технологического института посвящена исследованию поведения кубитов в шумной среде. Кубиты — это квантовые аналоги битов. В отличие от битов кубиты могут находиться в бесконечном числе состояний, соответствующих точкам сферы. Это позволяет в один момент времени проводить «бесконечно много параллельных вычислений», что дает возможность добиться принципиального ускорения в решении ряда стандартных задач, таких как поиск глобального минимума функции или разложение числа на простые множители. Но у подобной технологии есть ряд проблем, главная из которых — нестабильность. Чтобы квантовая вычислительная система работала, ее необходимо охладить практически до абсолютного нуля и оградить от воздействия внешних шумов. Программа российских ученых позволяет предсказывать, как изменится состояние кубита в шумной среде. Это может приблизить момент создания устойчиво работающих квантовых устройств.

Сотрудники Сколтеха вместе со специалистами из МГУ не отстают от своих коллег: они создали нейросеть, которая может реконструировать исходное квантовое состояние по конечным данным. Открытие поможет не только повысить точность работы вычислительных устройств, но и улучшить технологию квантовой связи. Квантовая связь на сегодня является самой защищенной технологией коммуникации: если кто-либо попытается проникнуть в защищенный канал, передаваемое от одного пользователя к другому сообщение буквально уничтожится — и прочитать его не сможет ни злоумышленник, ни адресат. В 2017 году Российский квантовый центр уже соединил здания Сбербанка с помощью каналов квантовой связи. По сей день система работает в штатном режиме, а российские ученые тестируют на ней свои новые наработки.

Солнечные нейтрино

Одним из самых интересных открытий, сделанных при участии российских ученых, стала регистрация солнечных нейтрино в эксперименте «Борексино» (Borexino). Нейтрино — частицы с очень маленькой массой, которые практически не взаимодействуют с окружающей их материей. Они образуются в результате термоядерных реакций внутри звезд, поэтому многое могут рассказать о процессах, происходящих, например, в нашем Солнце.

Детектор «Борексино» расположен в Италии, а работают с ним исследователи из США, Германии, Италии, Франции и России. Установка начала регистрировать нейтрино еще в мае 2007 года, и не так давно проект уже собирались свернуть, как вдруг он показал впечатляющий результат — прямо как ленивый студент на грани отчисления.

При помощи «Борексино» физики смогли зафиксировать поток солнечных нейтрино. Ученые проанализировали параметры пришедших из недр звезды частиц и нашли среди них нейтрино, «рожденные» в результате так называемого CNO-цикла. Это одна из нескольких термоядерных реакций, происходящих в нашем Солнце. Ранее существование CNO-цикла в нашей звезде ученые предсказывали лишь теоретически, но теперь физики получили первые доказательства того, что этот процесс реален.

Ученые предполагают, что в нашей звезде преобладают реакции протон-протонного цикла, в результате которых из ядер водорода-1 рождаются ядра гелия-4. В ходе CNO-цикла из протонов тоже получаются ядра гелия-4, но в этом случае процесс проходит быстрее благодаря атомам углерода, азота и кислорода, которые катализируют реакцию. Считалось, что такие реакции в недрах Солнца случаются крайне редко. Анализ данных «Борексино» показал, что события CNO-цикла происходят в нашей звезде намного чаще. Открытие позволит лучше понять физику светила и лучше предсказывать его поведение.

Новые числа Менделеева

В области химии российским ученым тоже удалось совершить прорыв. Они смогли построить химическое пространство на основе так называемых чисел Менделеева, с помощью которого можно эффективно предсказывать свойства материалов, зная их химический состав. Новая технология оказалась на порядок эффективнее более ранних методов, которые использовали для прогнозирования экспериментальных данных.

Ученые долго пытались создать систему для предсказания свойств материалов на основе их химического состава. В конечном итоге химики остановились на концепции химического пространства. Она предполагает помещение материала в специальную систему отсчета таким образом, что соседние химические элементы и их соединения, нанесенные вдоль осей графика, имеют сходные свойства. Эта концепция была впервые представлена в 1984 году британским физиком Дэвидом Петтифором, который предложил собственное упорядочение периодической таблицы.

Химики под руководством профессора Сколтеха Артема Оганова предложили свой вариант чисел Менделеева, лучше предсказывающий фундаментальные свойства химических соединений, на основе радиуса, электроотрицательности и других свойств атомов. С помощью комбинаций этих свойств можно дать каждому элементу в таблице Менделеева свое число, которое будет отличать его от остальных.

Новая модель химического пространства позволяет эффективнее предсказывать различные характеристики материала: твердость, намагниченность, энтальпию образования и т. д. Составленная таким образом карта свойств показывает области, вероятно, содержащие наиболее перспективные соединения, например сверхтвердые или магнитные материалы.


Источник: knife.media

Комментарии: