Последний штрих картины бозона Хиггса и научный прорыв с нейтрино. Главное на QWERTY
[музыка] Всем привет! Это новый понедельник и свежий выпуск новостей на научно-популярном канале QWERTY. Меня зовут Владимир, и сегодня я вам расскажу об открытии источника высокоэнергетичных нейтрино, о последнем мазке в картину бозона Хиггса, об экспериментальной вакцине от ВИЧ и о многом другом. Все подробности будут по ссылкам в описании, а проголосовать за самую яркую новость этого выпуска вы можете на YouTube канале во вкладке "Сообщества".
Самой интересной темой прошлого выпуска вы посчитали аспирин против Альцгеймера. Кстати, все существующие лекарства от болезни Альцгеймера по факту лишь облегчают симптомы деменции. Чтобы продвинуться в этом направлении, нужно больше знать о механизме болезни. Совсем недавно ученые открыли, как они его назвали, "большой взрыв" болезни Альцгеймера — момент, когда здоровые белки становятся токсичными, но еще не сформировали смертельные клубки в мозге.
Новые исследования раскрывают изменчивую структуру белка, который является завсегдатаем нейронов, который при Альцгеймере начинает сцепляться сам с собой и формировать крупные структуры, убивающие нейроны. Вредоносный белок выворачивает наружу ту свою часть, которая обычно завернута внутрь, и этот участок начинает цепляться с другими копиями белка. Работа может подсказать, как определить самое начало болезни; она указывает на единственные молекулярные изменения, которые запускают цепную реакцию нейродегенеративных изменений.
По словам ученых, это самое крупное открытие, связанное с этой проблемой. Дальнейшие исследования должны дать методы диагностирования болезни по биологическим жидкостям на самых ранних стадиях, до того как изменения в поведении и потеря памяти становятся очевидными, а в перспективе — и лекарства.
В прошлый четверг Национальный научный фонд США навел шороху, заявив на пресс-конференции, что совершён научный прорыв благодаря нейтринной обсерватории Айс Кьюб и множеству астрономических наблюдений. Умоляю, не путайте обсерваторию и рэперы!
В 2017 году Айс Кьюб обсерватория, зарытая во льдах Антарктики, где-то на 2 километра под землей, ведь именно так и регистрируют нейтрино, зафиксировала нейтрино таких высоких энергий, что они превышают энергию разогнанных в Большом адронном коллайдере протонов в сотни раз. Вообще, нейтрино — это частицы с очень малой массой и неким видом квантовой мизантропии: они вообще не хотят взаимодействовать с веществом. Нейтрино малых энергий могут пролететь сквозь толщу воды глубиной 100 световых лет без столкновений.
Нейтрино путешествуют в составе космических лучей, и именно в космических лучах частицы имеют самые высокие энергии в природе. Если научиться раскладывать космические лучи на космическую радугу по частицам и их энергиям, можно многое узнать о Вселенной. Одно дело, когда лучи идут от Солнца, слабенькие, а другое дело, когда они прилетают из других галактик. Представляете, какую мощь они должны иметь, чтобы преодолеть миллионы и миллиарды световых лет?
После регистрации энергичных нейтрино на оптических детекторах Айс Кьюб телескопы всего мира повернулись в тот сектор, откуда предположительно они прилетели. Потенциальными источниками могут быть сверхновые, черные дыры, галактические ядра и всякое такое. До этого подтвержденными источниками нейтрино было лишь Солнце и одна сверхновая в Большом Магеллановом Облаке. Да, это слабеньких нейтрино откуда берутся нейтрино высоких энергий — еще только предстояло узнать.
И вот телескоп Ферми указал известный активный источник гамма-лучей у левого плеча созвездия Орион, и это был блазар, удаленный от нас на четыре с лишним миллиарда световых лет. Во время регистрации нейтрино в семнадцатом году этот блазар стрелял частицами во всех диапазонах, в том числе и рентгеновском, гамма и оптики, то есть определенно была общая вспышка.
Собрав данные из десятков разных обсерваторий, ученые выстроили четкую картину источников частиц и даже прогулялись ретроспективно до 2014 года, обнаружив еще несколько десятков событий регистрации нейтрино. Это важный шаг в развитии так называемой многоканальной астрономии — очень новой науки, зародившейся в прошлом году, когда объединили наблюдение гравитационных волн и вспышки килоновой от слияния нейтронных звезд.
А блазар — это компактное, очень активное ядро галактики, внутри которого расположена сверхмассивная черная дыра, пульсирующая и взрывающаяся. Блазары и ранее предлагались на роль источников нейтрино высоких энергий, а сейчас это подтвердили с неплохой вероятностью.
Грей, подъехали новости про разработку средства борьбы с ВИЧ. Опубликована статья, рассказывающая об успешном завершении одной из фаз клинического исследования вакцины против ВИЧ. На настоящий момент экспериментальных вакцин, которые добрались до нормальных клинических исследований на людях, насчитывается всего пять. В этой фазе исследований в 2015-м участвовала почти 400 здоровых человек в возрасте от 18 до 50 лет. В ней определяется сразу и эффективность, и безопасность препарата. Подчеркну, людей вирусом не заражали, а вот кроме людей вакцину давали еще и 70 макак-резусов, но у них задача была сложнее: они боролись с заражением искусственно сконструированным вирусом ВИЧ-1, а это самый распространенный вид вируса.
По сути, мозаичное: в нее входят разные антигены ВИЧ, а при создании ориентировались на разные штаммы вируса, и даже на штамм вируса простуды для транспортного модуля. Вводили испытуемым, а через 12 недель их вакцинировали. А вот через 24 и 48 недель ревакцинация проходила несколько другим образом. Учёные экспериментировали с особым белком, входящим в состав оболочки ВИЧ, добавляя его к исходной вакцине, и самой успешной комбинацией оказалось первичная вакцинация новой вакцины с ревакцинацией + этот самый белок. Совокупно это дает усиление активности антител к ВИЧ, ответ T-клеток и мощный фагоцитоз, то есть пожирание клеток чужаков иммунной системой.
Среди минусов несколько случаев диареи, головокружений, боли в спине, то есть ничего серьезного, а у макак две трети животных защитились от вируса. Следовательно, вакцина нормально воспринимается организмом и дает устойчивый иммунный ответ против вируса и у животных, и у людей. Эти результаты позволяют перейти к следующей фазе испытаний, в которой примут участие 2600 человек. Всего же Phase 4, к результатам конечно же стоит относиться с осторожностью, уж слишком много вызовов, например, релевантность защиты от обезьяньего вируса.
А 12 июня мы рассказывали о другой вакцине, которая запрещает вирусу цепляться к здоровым клеткам и нейтрализует 30 процентов штаммов ВИЧ. Все мы медленно умираем, и в этом виновата старение обычных клеток нашего организма, ведь они, в отличие от стволовых и половых, могут безболезненно пережить только 40-50 циклов деления. Считается, что это своеобразная защита от рака: не дать мутациям развиться дальше критических точек, а дальше по накатанной. Старые клетки накапливаются, мышцы становятся дряблыми, кожа неэластичной, щеки провисают, спина скрипит.
Но группы исследователей решили проверить, что же будет, если удалить из организма престарелые клетки. Для этого разработали препарат Финалетек — коктейль из 20 либо веществ, которые применяются при лечении лейкемии, и кверцитин, а то есть антиоксиданты, которые встречаются, например, в яблоках. Сначала молодым мышам и грызунам среднего возраста трансплантировали старые клетки. Оказалось, что небольшое количество имплантированных клеток вызывало старение даже у молодых мышей, что и говорить про их более старших товарищей. Кстати, мыши с большим количеством жира старели еще быстрее, что означает, что ожирение также является фактором старения организма.
Затем исследователи скормили грызунам препарат Финалетек, и результаты удивили: мыши, прошедшие такую нехитрую процедуру, в целом прожили на 36 процентов дольше, чем их сородичи из контрольных групп, причем за счет продления не пенсионного возраста, а зрелого возраста. Мыши лучше проявили себя на беговой дорожке, усилили хват и да и вообще активней жили. А в человеческих жировых образцах старые клетки погибали аналитика за 48 часов. Теперь осталось клинически проверить, безопасно ли это для человека, и можно ставить на поток и со спокойной совестью переносить пенсию аж за 90 лет.
Чуть ли не каждый год объем всей существующей в мире информации удваивается, поэтому неудивительно, что лет пятнадцать назад вам было достаточно жесткого диска гигабайт на 40, а сейчас и 3 терабайта мало. Человечество постоянно ищет возможность уменьшить физические объемы накопителей, при этом увеличив их вместительность. Одно из направлений, в котором ведется работа — использование магнитных свойств атомов. Атомы могут иметь свойство магнитной бистабильности, то есть иметь только 2 стабильных состояния, соответствующих нуля и единицы. Благодаря тому, что атомы могут быть упакованы очень плотно, емкость накопителей, работающих на принципах квантовой механики, можно увеличить до неприличных величин.
Ученым удалось успешно стабилизировать элементарные ячейки памяти — отдельные атомы гольмия на подложке из оксида магния. Гольмий — это очень редкий элемент из семейства лантаноидов; именно на атом гольмия была впервые в мире записанная информация объемом в 1 бит. Следили за поведением атомов с помощью сканирующего туннельного микроскопа. В экспериментах потенциальные ячейки памяти охлаждали до криогенных температур, а затем постепенно нагревали и постоянно подвергали гольмий мощным внешним магнитным полям — больше чем восемь тесла. Такие поля у магнита в бак. При этом гольмий потерял свою стабильность и намагниченность на промежутке от 0 до 35 кельвин.
Атомы гольмия начинали путаться и менять свое магнитное состояние только начиная с 45 кельвинов. А это как Ташкент на микро-уровне. Получается, что магнитная бистабильность достижима, а эпоха накопителей круче, чем твердотельные, не за горами.
Друзья, у нас тут стандартно мобильная "Ура!", бак дорисовал картину под названием "Рождение и смерть бозона Хиггса". Все предсказания стандартной модели подтверждены, и теперь остается только уточнять циферки после запятых во всех основных параметрах. Впервые физики из коллаборации ATLAS зафиксировали на Большом адронном коллайдере распад бозона Хиггса на прелестный кварк и прелестный антикварк. Это последний из пяти вариантов распада бозона, который ученые предсказывали, но до сих пор не могли увидеть из-за огромного количества шумов при измерениях, хотя он встречается в 58 процентов всех случаев распада.
Шумы возникают из-за того, что прелестные кварки рождаются постоянно. Поди, разбери, относятся ли они к бозону Хиггса. Да, с момента открытия бозона Хиггса в 2012 году, ученые подтвердили его свойства почти по всем другим позициям. Вероятность каждого варианта рождения и распада частицы четко прочитано в рамках стандартной модели, и если эксперимент показывает значение, отличные от предсказанных, то это повод поменять модель.
Но сейчас, объединив большие массивы статистики, физики действительно подтвердили открытие главного канала распада бозона Хиггса на прелестную кварковую антикварковую пару с достоверностью больше пяти сигма. Шумов избавлялись крайне сложными способами с моделированием фоновых распадов и применением жестких критериев к событиям детекторов. Одновременно ученые смогли увидеть и последний вариант рождения бозона.
Опять же, 12 июня мы рассказывали про измерение механизма Хиггса и тот самый вариант рождения, но сейчас ЦЕРН фактически кладет последний пазл в полотно стандартной модели. Ну что ж, а на этом сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр! Следующий выпуск новостей науки на QWERTY выйдет только через три недели, и с вами будет все тот же самый Владимир, но надеюсь чуть более смуглый. Если вам понравился этот выпуск, то не забудьте поставить ему лайк и поделиться им со своими друзьями. Подпишитесь на нас на YouTube, в Инстаграм и Телеграм, и щелкните по YouTube-овскому колокольчику, чтобы не пропускать новых выпусков. До скорых встреч! Пока! [музыка] Мало.