Сверхпроводимость сероводорода и первая межзвездная комета

Исследователи из Центра Гамалеи в августе 2020 года, в самый разгар пандемии новой коронавирусной инфекции, запатентовали вакцину «Спутник-V». В основу двухкомпонентной вакцины положен аденовирусный вектор со встроенным в него фрагментом генетического материала вируса SARS-CoV-2. Он имеет в себе информацию о структуре S-белка шипа вируса, с помощью которого происходит заражение.

В состав каждого из двух компонентов «Спутника-V» входят рекомбинантные аденовирусные векторы на основе различающихся сборок аденовируса человека. Упрощенно говоря, такое решение позволяет как бы усиливать иммунитет к вирусу после введения второго компонента вакцины. Общая вакцинация в России началась после первой и второй фаз испытаний вакцины, было мало данных. Однако уже в начале 2021 года были опубликованы предварительные результаты третьей фазы.

В целом они показали, что эффективность российской вакцины составляет 91,6 процента, а против средней и тяжелой форм течения болезни коронавирусом — 100 процентов. К настоящему времени накоплены данные о безопасности и эффективности «Спутник-V» на основе вакцинации и сопровождения десятков миллионов вакцинированных людей в России и за ее пределами.

Российские ученые под руководством члена-корреспондента РАН, доктора биологических наук, заведующего кафедрой энтомологии биологического факультета МГУ Алексея Полилова занимаются изучением явления миниатюризации животных. Это уменьшение размеров тела вплоть до размеров, сопоставимых с одноклеточными. Это, в частности, одно из направлений эволюции насекомых. В ходе миниатюризации животные тем не менее сохраняют сложное строение и относительные размеры органов.

Однако исследователи обнаружили, что у некоторых видов насекомых в ходе миниатюризации сформировался механизм лизиса ядер нейронов. В результате у их взрослых особей образовались безъядерные нейроны, хотя прежде считалось, что ядро является неотъемлемой составляющей таких клеток. Несмотря на безъядерные нейроны, насекомые смогли сохранить все необходимые органы чувств, реакции, и даже теоретически способны к обучению. Последнее группа ученых и пытается сейчас экспериментально доказать.

«Несмотря на такие кардинальные перестройки нервной системы и значительное сокращение числа нейронов они (насекомые. — ред.) способны к обучению и формированию памяти. То есть все основные функции мозга у них сохраняются в полном объеме, что позволяет использовать их как модельный объект для нейробиологии. Мы почти закончили построение коннектома мозга, что, в свою очередь, даст возможность для разработки прототипов искусственного интеллекта на основе биоморфных нейронных сетей», — пояснил Полилов. Алексей Полилов стал лауреатом Научной премии Сбера 2023 года в номинации «Науки о жизни».

Российские ученые обнаружили, что под давлением около 153 гигапаскалей и температуре всего —70 градусов Цельсия становится возможным переход сероводорода в сверхпроводящее состояние. К слову, такая температура пока является самой высокой из зарегистрированных для явления сверхпроводимости. Сверхпроводимость сероводорода была подтверждена прямым измерением методом ядерного резонансного рассеяния синхронного излучения.

Группа ученых из России, Германии и Франции доказала наличие у сероводорода эффекта Мейснера, то есть явления полного вытеснения магнитного поля из объема проводника при его переходе в сверхпроводящее состояние.

Сверхпроводники необходимы в самых разнообразных сферах — от приборов медицинской визуализации для магнитно-резонансной томографии до вышек сотовой связи и авиационных электродвигателей. Главной задачей поиска сверхпроводящих материалов является обнаружение такого соединения, которое будет способно к сверхпроводимости при комнатной температуре и нормальном давлении. В частности, такие соединения позволят создавать электронику, способную на высокую производительность без перегрева из-за электрического сопротивления.

Российский квантовый центр запустил первый в мире квантовый блокчейн, в котором практически невозможно подделать записи. Схема была протестирована на городских оптоволоконных сетях. Блокчейн — база данных, в которой блоки информации, организованные строго определенным образом, идут друг за другом. Эти блоки хранятся на компьютерах всех пользователей, обменивающихся данными в рамках блокчейна.

Каждый новый блок хранит в себе информацию о предыдущих, поэтому что-то исправить или подделать в такой базе данных крайне сложно. Однако появление в общей сети крайне производительного квантового компьютера может сделать блокчейн уязвимым. В частности, за счет гораздо большей производительности квантовый компьютер сможет генерировать больше половины блоков цепи, а значит злоумышленник сможет записать новую ветвь блокчейна с нужной ему информацией и сделать ее основной.

Авторы новой работы реализовали концепцию блокчейна, в основе которой лежит квантовое распределение ключа. Особенность концепции — транзакции подтверждаются в системе автоматически, нет нужды в цифровой подписи. Ее роль играет квантовый канал связи, на уровне законов квантовой механики запрещающий подслушивание ключа для шифрования и подделку сообщений. Благодаря этому все участники сети в точности знают, кто является автором транзакции.

Научную премию Сбера 2023 года в номинации «Цифровая вселенная» получил академик РАН, доктор физико-математических наук, директор Института вычислительной математики имени Марчука Евгений Тыртышников. Премия присуждена за создание новых матричных и тензорных методов моделирования и сжатия данных для решения сверхбольших задач высокой размерности.

По словам Тыртышникова, банального увеличения мощности суперкомпьютеров недостаточно для многократного повышения производительности вычислений. Для решения этой задачи необходима оптимизация вычислений. Для этого ученые предложили матричные и тензорные методы, основанные на матрицах малого ранга. Их суть заключается в поиске малого множества параметров в большом массиве данных, на основе которого можно было бы проводить вычисления.

Способ заключается в построении приближения к матрице путем выбора такого «креста» строк и столбцов, чтобы объем матрицы на их пересечении был максимальным или достаточно большим. Затем был получен аналогичный метод и для тензоров. Например, в фармацевтике новые методы позволили в несколько раз оптимизировать сложные задачи «докинга» — поиска места встройки ингибиторов в сложные молекулы белка.

В 2018 году биологи выделили из мерзлоты возрастом 24 тысячи лет бделлоидных коловраток. Эти организмы отличаются крайней выносливостью, способны переносить длительные периоды заморозки, а также восстанавливаться во влажной среде и включать в свою ДНК гены съеденных организмов. Благодаря последней способности коловратки способны обходиться без полового размножения.

Тем не менее до разморозки бделлоидных коловраток ученые не знали, что такие животные способны переносить крайне долгие периоды заморозки. После выделения из мерзлоты коловратки не только ожили, но и смогли размножиться партеногенетическим путем.

Чтобы подтвердить, что оживленные коловратки действительно пробыли в анабиозе в вечной мерзлоте, а не проникли в керны из-за современного загрязнения, ученые провели метагеномный анализ слоев мерзлоты, в которых были найдены беспозвоночные. В результате анализа были обнаружены следы гена актина, принадлежащего именно оживленным бделлоидным коловраткам.

В 2019 году был запущен российский космический телескоп «Спектр-РГ», который спустя три месяца, к середине октября, добрался до своей точки назначения — окрестностей точки Лагранжа L2 системы «Солнце — Земля». Она находится на расстоянии 1,5 миллиона километров от нашей планеты. Здесь телескоп чуть больше трех лет работал в режиме сканирования неба, а сейчас функционирует в режиме наблюдения отдельных объектов.

«Спектр-РГ», созданный в НПО имени Лавочкина на базе платформы «Навигатор», имеет два рентгеновских телескопа: eRosita, созданный немецкими специалистами из Института внеземной физики Общества Макса Планка, и ART-XC, разработанный Институтом космических исследований РАН и изготовленный ВНИИ экспериментальной физики в Сарове.

Весной прошлого года немецкий eRosita был выведен из программы исследований и переведен в «безопасный режим». В настоящее время исследовательская программа продолжается с помощью российского телескопа ART-XC. Работа «Спектра-РГ» запланирована до конца 2025 года. Ожидается, что аппарат обнаружит около трех миллионов аккрецирующих сверхмассивных черных дыр, сто тысяч скоплений галактик, сотни тысяч звезд с активными коронами и аккрецирующих белых карликов и многие другие объекты.

В номинации «Физический мир» Научной премии Сбера 2023 года победил Валентин Анаников, академик РАН, доктор химических наук, заведующий Лабораторией металлокомплексных и наноразмерных катализаторов Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН. Коллектив под его руководством открыл явление динамического катализа и провел исследование механизмов химических реакций, позволяющих создавать универсальные каталитические системы.

Динамический катализ — сочетание гомогенного и гетерогенного катализа в одном процессе. Гомогенный катализ проходит с использованием катализаторов, которые находятся в одной фазе с реагирующими веществами, а гетерогенный проходит на границе разных фаз. В динамическом катализе катализаторы могут переключаться между различными фазами. Благодаря этому значительно повышается эффективность химических реакций.

«Динамический катализ позволяет достичь высокой эффективности и селективности химических реакций, что важно для разработки новых лекарственных средств и других сложных химических соединений. Также он открывает путь для более экономичных и экологически устойчивых производственных процессов, поскольку позволяет сократить количество отходов и повысить уровень использования ресурсов», — рассказал Анаников.

В августе 2019 года астроном Геннадий Борисов открыл комету 2I/Borisov. Она стала вторым за всю историю наблюдений за небом межзвездным объектом (первым был астероид 1I/Оумуамуа) и первой открытой межзвездной кометой. В декабре 2019 года объект максимально сблизился с Солнцем, а весной 2022 года его ядро разрушилось.

Астрономам удалось также выяснить, что комета Борисова — еще и первый наблюдаемый реликт своей планетной системы, который никогда не приближался к звездам. Это означает, что вещество кометы оставалось нетронутым со времен образования в протопланетном диске. Наблюдения за 2I/Borisov показали сходство с кометами в Солнечной системе с несколькими существенными различиями. В частности, в ней обнаружили большое количество угарного газа.