Премию Breakthrough Prize присудили за синтез белков и исследования темной материи
Фонд Breakthrough Prize объявил лауреатов премий Breakthrough Prize и New Horizons Prize за 2021 год. Наградами, в частности, были отмечены ученые, занимавшиеся проблемой синтеза белков, в том числе, необходимых для лечения COVID-19, исследователи темной материи и темной энергии, а также авторы работ в области теории вероятности. В числе лауреатов New Horizons Prize — математик из Принстона Александр Логунов, который был награжден за разработку новых методов изучения решений эллиптических уравнений, говорится в сообщении фонда. Церемония вручения премии отложена из-за пандемии коронавирусной инфекции и состоится в марте 2021 года.
Breakthrough Prize учредили в 2012 году несколько предпринимателей, в числе которых был российский бизнесмен и физик Юрий Мильнер, для поддержки фундаментальной науки. Премия вручается в нескольких категориях: фундаментальная физика, математика и науки о жизни. В каждой номинации может быть по несколько несвязанных победителей. Каждый из них получает по три миллиона долларов, что выводит данную награду на первое место среди научных премий по денежному эквиваленту. Помимо главных премий присуждается несколько наград для молодых ученых — New Horizons Prize по 100 тысяч долларов каждая.
Премию в номинации «науки о жизни» получил Дэвид Бейкер (David Baker) из университета Вашингтона — за создание технологии, которая позволяет конструировать белки, не существовавшие в природе, в том числе те, что могут применяться в медицине, Кэтрин Дюлак (Catherine Dulac) из Гарварда — за изучение механизмов родительского поведения вплоть до уровня клеток, Денис Ло (Dennis Lo) из Китайского университета Гонконга — за обнаружение ДНК эмбриона в крови матери, что дает возможность ранней диагностики генетических нарушений, а также Ричард Йоул (Richard Youle) — исследовавший механизмы очистки поврежденных митохондрий, что открывает возможности защиты от болезни Паркинсона.
В номинации «математика» премии был удостоен Мартин Хайрер (Martin Hairer) из Имперского колледжа Лондона. Наградой был отмечен его вклад в теорию стохастического анализа.
В области физики организаторы Breakthrough Prize отметили группы ученых из Университета Вашингтона: Эрика Эдельбергера (Eric Adelberger), Йенса Гундлаха (Jens Gundlach) и Блэйна Хекела (Blayne Heckel) — за высокоточные измерения гравитации и исследования, касающиеся темной материи и темной энергии.
Премию New Horizons в области математики получили трое ученых, в их числе — Александр Логунов, уроженец Перми и выпускник СПбГУ, сейчас работающий в Принстонском университете. Он был удостоен награды за новые методы исследования решений эллиптических уравнений и их применения в решении ряда проблем нодальной геометрии. В области физики — девять исследователей, занимавшихся, в частности, исследованием пузырей Ферми, экспериментами по поиску темной материи и проблемой квантовой информации применительно к черным дырам.
Лауреатами математической премии имени Мариам Мирзахани, которая присуждается исследовательницам, получившим докторскую степень не раньше, чем два года назад, в этом году стали три человека, занимавшихся проблемами, связанными с квантовой гравитацией, узлами Конвея, а также квантовыми вычислениями.
Премию Мильнера за 2020 год присудили за снимок тени черной дыры, динамику и геометрию пространств модулей абелевых дифференциалов, а также за функции молекулярных шаперонов, механизмы ощущения боли и исследования нейродегенеративных заболеваний.
Сергей Кузнецов
Теперь атомы можно не только послушать, но и сыграть
Американская преподавательница физики Джилл Линц создала библиотеку звуков, соответствующих спектрам видимого диапазона почти всех химических элементов периодической таблицы. Она поставила в соответствие каждой линии спектра звуковую частоту с амплитудой, пропорциональной ее интенсивности. Для большего благозвучия исследовательница оптимизировала длительность всех частотных компонент, а также сопоставила их нотам равномерного строя, что позволяет сыграть «атомные звуки» на музыкальных инструментах. О результатах своей работы Линц сообщила на собрании Американского акустического общества, кратко об этом пишет Physics. Технические подробности исследования опубликованы в материалах предыдущего собрания. Процесс превращения любых данных в звук называют сонификацией. Несмотря на то, что она преследует по большей части творческие и популяризационные цели, ученые занимаются этим довольно часто. Мы уже рассказывали, как в музыку превращают фотографии исторических личностей, орбиты планет, столкновения в Большом адронном коллайдере и даже марсианский рассвет. Конвертация световых волн в звуковые наиболее естественна, поскольку зрение и слух — это два канала, через которые человек воспринимает наибольшее количество информации. Например, таким путем можно попытаться превратить в звук спектры всех атомов таблицы Менделеева, чтобы облегчить изучение атомной физики студентам с нарушениями зрения. Это довольно непростая задача, поскольку атомные спектральные линии имеют различную интенсивность, ширину, а также организованы на частотной шкале не так, как звуки музыкальных инструментов, из-за чего необработанные атомные «голоса» будут неприятны на слух и неинформативны. При этом важно сохранить уникальность каждого звука, поскольку атомные спектры также уникальны, что лежит в основе методов аналитической химии. На решение этих проблем были направлены усилия преподавательницы физики из Колледжа Скидмор в Нью-Йорке Джилл Линц (Jill Linz). В 2016 году она запустила проект под названием Atom music (Атомная музыка), и к концу 2022 ей удалось воспроизвести звуки почти всех химических элементов, о чем она подробно рассказала на конференции Американского акустического общества. В основе ее вычислений лежало три техники обработки звукового сигнала. Во-первых, она проводила линейное сопоставление спектральных линий видимого диапазона (400-700 нанометров) звукам с частотами от 0 до 1000 герц на основе частотных интервалов между отдельными компонентами. Амплитуда каждой компоненты соответствовала интенсивности линии. Во-вторых, исследовательница учитывала, что для комфортного восприятия звука тот должен иметь длительность выше некоторого (60 миллисекунд) порога, но в то же время экспоненциально затухать со временем. На этом этапе она также определилась с формой возрастания амплитуды звука, остановив свой выбор на таковой, возникающий при струнно-щипковом извлечении. Наконец, Линц ввела равномерную темперацию частотного диапазона, что позволило приблизительно сопоставить каждому элементу свой набор традиционных для музыки нот. В результате физик составила библиотеку звуков, уникальных для каждого элемента и связанных с его видимыми спектрами за исключением тех, у которых их нет (послушать все таблицу Менделеева можно здесь). Стоит отметить, что это символическая сонификация, поскольку атом единовременно излучает всего одну спектральную линию, в то время как в звуке звучат все частоты одновременно. Другими словами, звуки соответствуют скорее нагретому атомному газу, нежели элементам по отдельности. Кроме того, в работе не учитывались фазовые соотношения между отдельными гармониками. Тем не менее, работа Линц привлекла внимание многих из ее коллег. Оказалось, что в получившемся наборе звуков наблюдаются некоторые закономерности. Например, элементы с малой массой, такие как углерод, кислород и водород, склонны иметь диссонирующие тона, так как их линии разнесены по всему спектру. Тяжелые металлы, наоборот, звучат более приятно, поскольку их линии сгруппированы и формируют почти чистую синусоиду. Возможность же сыграть атомные звуки на инструментах заинтересовала музыкантов, которые уже использовали ее результаты в нескольких музыкальных проектах. Больше примеров сонификации вы можете послушать в серии наших материалов «Звуки науки».