Чего ждать от науки в 2020 году

В мире науки в ушедшем году было много открытий - астрономы получили первые фотографии "тени" сверхмассивной черной дыры, генетики выяснили, как выглядели древние денисовцы, а археологи нашли погребение четырех скифских "амазонок" на Дону. ТАСС рассказывает о том, что ждет науку в наступившем 2020 году.

Космический памятник Эйнштейну

Фотографию "тени" сверхмассивной черной дыры в центре далекой галактики М87, которую проект Event Horizons Telescope (EHT) опубликовал в апреле прошлого года, признали главным открытием года Science, Physics World и многие другие престижные научные журналы. Эти снимки стали самым большим и далеким "памятником" теории относительности Эйнштейна, открытым в космосе, и очередным подтверждением того, что она работает.

Несмотря на эти высокие оценки, ученые ожидали большего - изначально участники EHT планировали сфотографировать "тень" не одной, а сразу двух сверхмассивных черных дыр. Второй целью этой виртуальной обсерватории-интерферометра, которая объединила в себе ресурсы самых чувствительных микроволновых радиообсерваторий мира, была гигантская черная дыра Sgr A*, расположенная в центре нашей Галактики, Млечного Пути.

Подобные данные, как рассказал ТАСС один из участников проекта, приглашенный профессор Московского физико-технического института (МФТИ) Андрей Лобанов, были действительно получены в рамках EHT. Однако их не стали публиковать вместе со снимками черной дыры в центре галактики М87 из-за более низкого качества. Ученые, по его словам, решили перепроверить замеры и дополнительно очистить их от помех, которые были связаны со вспышечной активностью в центре Млечного Пути и сильным рассеянием микроволнового излучения.

Первые фотографии "тени" Sgr A*, по его словам, опубликуют в ближайшее время в одном из престижных научных журналов. Вдобавок одиннадцать обсерваторий, участвующих в EHT, начнут в этом году новую сессию наблюдений за Sgr A* и M87, что поможет астрономам получить еще более качественные снимки "теней" этих черных дыр. Как надеются ученые, дальнейшее повышение мощности EHT позволит им впервые проследить за тем, как меняется структура "тени" сверхмассивной черной дыры.

В поисках "новой физики"

Помимо проверки теорий Эйнштейна ученые в следующем году продолжат активные поиски "новой физики" - ранее неизвестных законов природы, которые выходят за пределы устоявшихся моделей мироздания. В этом году весь мир будет ожидать первых результатов поисков так называемых стерильных нейтрино на российской Баксанской обсерватории.

"Обычные" нейтрино представляют собой мельчайшие элементарные частицы, которые взаимодействуют с окружающей материей только с помощью гравитации и так называемых слабых взаимодействий, проявляющихся лишь на расстояниях существенно меньше размеров ядра атома. Существует три типа подобных частиц и античастиц - электронные, мюонные и тау-нейтрино, каждый из которых физики за последние два десятилетия детально изучили.

Есть и четвертый - правда, гипотетический, тип этих элементарных частиц - стерильные нейтрино. Он не вписывается в Стандартную модель - теорию, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных сейчас науке элементарных частиц. Стерильные нейтрино заметно тяжелее других нейтрино и взаимодействуют с другой материей только посредством гравитации. Ученые серьезно задумались о том, что эти частицы существуют, после того, как нобелевские лауреаты Артур Макдональд и Такааки Кадзита в начале текущего столетия доказали, что масса остальных нейтрино больше нуля.

Физики пытаются найти следы стерильных нейтрино уже достаточно долгое время, и пока никто в этом не преуспел. Лишь в мае 2018 года участники эксперимента MiniBooNE получили первые серьезные намеки на то, что стерильные действительно существуют, наблюдая за превращениями мюонных нейтрино в другие типы этих частиц.

Недавно к этим поискам присоединился российский проект BESТ (Baksan Experiment on Sterile Transitions). Основный рабочий инструмент эксперимента представляет собой гигантский чан, который заполнен сверхчистым жидким галлием. В июле прошлого года его установили в Баксанской нейтринной обсерватории, которая расположена в тоннеле под горой Андырчи в Кабардино-Балкарии. В отличие от MiniBooNE, участники BEST наблюдают не за тем, как "лишние" нейтрино появляются, а за тем, как они исчезают после распадов атомов радиоактивного хрома-51.

Как рассчитывают ученые, первые предварительные результаты этих наблюдений, которые они собрали за первые месяцы работы BEST, будут опубликованы в этом году. Вряд ли эти результаты окончательно докажут существование стерильных нейтрино или опровергнут замеры MiniBooNE, но помогут всему научному сообществу мира значительно продвинуться в том или другом направлении.

Пятая сила природы

Кроме поисков стерильных нейтрино мировое научное сообщество будет проверять намеки на существование предположительной "пятой силы" природы, об открытии которой ученые из Института ядерной физики Венгерской академии наук в Дебрецене заявили четыре года назад.

Венгерские физики пришли к такому выводу, раскрыв необычные аномалии в поведении атомов бериллия, которые появляются при бомбардировке листов из лития при помощи пучка протонов. В некоторых случаях эти атомы избавлялись от "лишней" энергии, порождая пары электронов и позитронов, своеобразные мини-атомы из простейших частиц материи и антиматерии.

Иногда, как обнаружили исследователи, эти мини-атомы распадались не так, как это предсказывает Стандартная модель. По мнению ученых, эти аномалии порождала некая пятая фундаментальная сила природы, которая существует независимо от известных нам четырех сил. Ее возможного "переносчика" физики назвали Х17-бозоном. Недавно венгерские ученые провели еще одну серию экспериментов, в рамках которых исследователи зафиксировали аналогичные аномалии уже при возникновении атомов гелия. Эти замеры подтвердили их предыдущие опыт и значительно повысили достоверность наблюдений.

Что интересно, столь же качественные, но совершенно другие результаты получила группа российских и европейских ученых, которые пытались найти следы X17-бозона в рамках эксперимента NA64, который сейчас проводится в ЦЕРН. В прошлом году они заявили, что не нашли эту частицу в широком диапазоне масс. Однако при этом они не смогли полностью исключить возможность ее существования.

Ученые продолжают поиски этого бозона, так как его существование может объяснить ряд других аномальных свойств элементарных частиц, в том числе необычный характер "намагниченности" мюона, тяжелого собрата электрона. В частности, как отметил Сергей Гниненко - официальный представитель проекта NA64, - сейчас его участники и другие специалисты ЦЕРН обновляют свою установку и готовятся к новым, более точным замерам и к проверке последних открытий своих венгерских коллег.

Вдобавок в этом году ученые планируют подвести итоги еще одного подобного эксперимента - Muon g-2, который проводит американская Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми с октября 2016 года. В его рамках ученые пытаются точно замерить "намагниченность" мюонов, что поможет им подойти к этой проблеме с другой стороны и доказать, что "пятая сила" природы действительно существует, или же окончательно закрыть этот вопрос.

Квантовое превосходство

Редакция сайта Nature посчитала одним из главных достижений прошлого года достижение так называемого "квантового превосходства". Это сделали ученые из Google во главе с физиком Джоном Мартинисом. Под этим словом ученые понимают тот момент времени, когда квантовый компьютер сможет решить задачу, которую не под силу исполнить за любое мыслимое время на любой классической вычислительной системе.

С тем, что Google достиг этой планки, согласились далеко не все исследователи. В частности, инженеры фирмы IBM заявили, что эту же задачу можно было бы решить на обычном суперкомпьютере не за десятки тысяч лет, как заявляли Мартинис и его коллеги, а примерно за три неполных дня - если оптимизировать алгоритм и методику хранения результатов.

Один из членов команды Мартиниса Вадим Смелянский отметил в беседе с корреспондентом ТАСС, что он не согласен с коллегами из IBM и считает их выводы преждевременными. По его словам, они сделали их еще до того, как была опубликована полная версия статьи ученых из Google. Как считает Смелянский, только в этом году научное сообщество достигнет консенсуса насчет того, что можно считать квантовым превосходством и достиг ли квантовый компьютер Google этой планки.

Он добавил, что квантовые компьютеры уже сейчас можно использовать для решения сложных практических научных задач. К примеру, специалисты Google планируют в ближайшее время использовать их для того, чтобы изучить квантовый хаос и проверить сложные физические теории, а в более далекой перспективе - для расчетов, связанных с квантовой химией.

При этом далеко не все ученые считают, что квантовые компьютеры смогут быть полезны на практике. В частности, профессор университета Монпелье (Франция) Михаил Дьяконов еще год назад опубликовал статью, в которой показал, что случайные шумы и ошибки, которые связаны с фундаментальными законами природы, накладывают непреодолимые ограничения на наращивание числа блоков в квантовых компьютерах. По его мнению, это не позволит нарастить их до того количества, когда квантовые машины смогут корректировать ошибки в своей работе и вести вычисления любого уровня сложности.

Этика редактирования генома

Мир молекулярной биологии навсегда изменился в ноябре 2018 года, когда китайский генетик Цзянькуй Хэ заявил, что ему удалось провести первую операцию по редактированию ДНК человеческого зародыша при помощи геномного редактора CRISPR/Cas9 и получить первых "генномодифицированных" детей, которые почти неуязвимы для вируса иммунодефицита.

Эти заявления вызвали бурю протестов и массу дискуссий. В частности, в феврале прошлого года Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) собрала специальную комиссию для того, чтобы оценить опыты Хэ с этической точки зрения и выработать стандарты по "редактированию генома человека в медицинских целях". Она предложила сформировать пакет законов, которые обяжут всех молекулярных биологов вносить информацию о планируемых опытах с эмбрионами и половыми клетками в специальный реестр.

Подготовка этой базы данных, как позже заявляли представители комиссии, должна завершиться в этом году после учета всех мнений и пожеланий всех ведущих биологов, социологов, представителей власти и общества.

В июне прошлого года в эту дискуссию неожиданно вступила Россия в лице молекулярного биолога Дениса Ребрикова, который работает в Российском национальном исследовательском медицинском университете имени Пирогова. Как сообщал тогда журнал Nature, российский исследователь планировал провести примерно такие же эксперименты, как и его китайский коллега, если получит необходимые для этого разрешения от регулирующих органов и найдет подходящих добровольцев.

После крайне негативной реакции со стороны международного и российского научного сообщества Ребриков поменял свои планы и заявил, что он попытается защитить зародыши от развития врожденной глухоты, исправив мутацию в гене GJB2, и не будет пытаться сделать их неуязвимыми для действия ВИЧ.

Впоследствии ученый смог найти добровольцев для участия в эксперименте, однако в начале октября Минздрав заявил, что разрешения Ребриков не получит, так как "его выдача была бы преждевременной и безответственной мерой". Тем не менее, Ребриков не планирует отказываться от своих замыслов и надеется, что он сможет переубедить чиновников и коллег. Вдобавок власти пока ограничились предупреждением и не ввели никаких официальных запретов на подобные эксперименты.

Россия на Марсе

В этом году на Марс отправятся сразу два новых марсохода - американский ровер "Марс-2020" и вторая половина российско-европейской миссии "ЭкзоМарс", которая состоит из европейского марсохода "Розалинд Франклин" и российской посадочной платформы "Казачок".

И тот, и другой аппарат станут первыми миссиями подобного рода и для России, и для Европы. В прошлом страны Европы уже пытались опустить на поверхность Марса два других аппарата, посадочные платформы "Скиапарелли" и "Бигль-2". Обе попытки закончились неудачно - "Скиапарелли" разбился при посадке из-за программного сбоя, а "Бигль-2" не вышел на связь с Землей после успешного контакта с поверхностью Марса.

По текущим планам ЕКА и Роскосмоса, "Казачок" и "Розалинд Франклин" отправятся к Марсу летом этого года и совершат посадку на поверхность четвертой планеты Солнечной системы в марте 2021 года. Американский аппарат в свою очередь будет выведен в космос в конце июля или в начале августа и совершит посадку на Марс в феврале 2021 года.

И "Казачок", и "Розалинд Франклин" будут оснащены как европейскими, так и российскими научными приборами, которые предназначены для геологических и химических исследований. Вдобавок российская посадочная платформа сфотографирует и запишет на видео процесс посадки "ЭкзоМарса", а также передаст на Землю первую аудиозапись своеобразного "концерта", который она исполнит после посадки на Марс.

В отличие от марсохода Curiosity, который работает сейчас на поверхности Красной планеты, главной задачей и американского ровера, и российско-европейской миссии станет сбор образцов и поиски возможных следов внеземной жизни, а не только поиски следов воды и оценка потенциальной обитаемости Марса. Как надеются ученые, образцы почвы и пород, которые изучат и соберут новые марсоходы, помогут найти ответ на этот важный научный и философский вопрос.

Источник:  https://nauka.tass.ru/