Термоядерный синтез, X-частица и управление траекторией астероида: самые заметные научные события 2022 года

Неуловимая X-частица

Научный журнал Physical Review Letters опубликовал статью, в которой говорилось о первом в истории эксперименте по получению X-частиц в кварк-глюонной плазме на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН. Измерения, на основании которых сделаны такие выводы, были произведены на одном из двух детекторов элементарных частиц БАК — компактном мюонном соленоиде (англ. Compact Muon Solenoid — CMS). В работе принимали участие учёные из десятков стран, включая Россию.

Мезон X (3872) был обнаружен физиками ещё в 2003 году во время эксперимента по столкновению высокоэнергетических электронов и позитронов. Однако тогда полученные частицы «прожили» слишком недолго, чтобы учёные смогли изучить их структуру. Физики предположили, что изучить загадочную частицу можно в кварк-глюонной плазме.

Проверить эту гипотезу опытным путём удалось только в 2022 году.

Считается, что Х-частицы являются своего рода свидетелями рождения Вселенной — они возникли спустя миллионные доли секунды после Большого взрыва в раскалённом до 1 трлн

°С «супе» из кварков и глюонов, которые по мере остывания начали объединяться в протоны и нейтроны. Однако перед этим кварки и глюоны активно сталкивались, в результате чего и возникали Х-частицы.

Изучение структуры этих мезонов позволит учёным лучше понять, как именно проходили первые этапы формирования нашей Вселенной.

Лечение паралича

Тель-Авивский университет сообщил о первом в истории успешном опыте по имплантации выращенного из человеческих жировых клеток спинного мозга. Пересадка имплантата позволила снова начать ходить всем подопытным мышам, страдавшим от острого паралича, и 80% грызунов с хронической формой заболевания.

• Gettyimages.ru
• © D-Keine

Для выращивания имплантата израильские биологи использовали жировую ткань человека. С помощью методов генной инженерии учёные вернули жировые клетки в состояние стволовых эмбриональных клеток. Такие клетки способны превращаться в клетки любых тканей организма.

Также по теме

Починка антисмысловой нити: учёные открыли механизм восстановления повреждений цепочки ДНК

Российские учёные в составе международной исследовательской группы раскрыли молекулярный механизм, который запускает починку нити ДНК,...

Затем учёные поместили полученные стволовые клетки в специальный гидрогель, не позволяющий иммунной системе атаковать инородные ткани. Уже заключённые в защитную оборочку стволовые клетки специалистам удалось превратить в трёхмерные имплантаты спинного мозга.

Учёные надеются, что методику можно будет применять для лечения парализованных людей — после проведения необходимых клинических испытаний.

Древнейшая галактика

Пресс-служба Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра (CfA) сообщила об открытии международным коллективом учёных самой далёкой и древней галактики из всех ранее наблюдаемых людьми.

Галактика, получившая название HD1, расположена в созвездии Секстанта на расстоянии 13 млн световых лет от Земли. Поэтому мы видим этот объект в том состоянии, в каком он находился всего через 300 млн лет после Большого взрыва — почти сразу после того, как в молодой Вселенной началось формирование первых звёзд.

• Галактика HD1
• © ALMA/Harikane et al

HD1 — относительно небольшая, но необычно яркая галактика. Согласно научной гипотезе, яркостью HD1 может быть обязана повышенной активности сверхмассивной чёрной дыры в её центре или же тому, что большинство звёзд галактики являются состоящими из чистого водорода короткоживущими светилами.

Оспа обезьян

На фоне продолжающейся пандемии COVID-19 сообщения о распространении новых опасных инфекций вызывали особую тревогу и специалистов, и общества. В мае в центре внимания эпидемиологов и СМИ оказалась вспышка оспы обезьян. Хотя отдельные случаи этого зоонозного заболевания у людей отмечались и прежде, на этот раз вирус распространился среди десятков тысяч людей по всему миру.

Также по теме

«Бояться крупных вспышек среди людей пока не стоит»: вирусолог Пётр Чумаков — о степени опасности оспы обезьян

Обычно оспа обезьян протекает легко и не приводит к тяжёлым последствиям для здоровья человека, рассказал в интервью RT...

Впервые инфекция была выявлена в 1958 году у лабораторных обезьян. Возбудитель способен преодолевать межвидовой барьер и передаваться от животных к человеку, а также циркулировать среди людей. Вирус оспы обезьян передаётся при физическом контакте и через предметы.

Болезнь проявляется в виде лихорадки, головной боли, боли в мышцах. Также на теле пациента появляется сыпь. В большинстве случаев болезнь проходит сама за несколько недель, но может вызывать и тяжёлое состояние вплоть до летального исхода. По данным ВОЗ, летальность оспы обезьян составляет от 1 до 10%. При этом защиту от этого заболевания способна обеспечить вакцина, разработанная в своё время для профилактики натуральной оспы.

ВОЗ объявила вспышку оспы обезьян в нескольких странах чрезвычайной ситуацией в области общественного здравоохранения, имеющей международное значение. К осени общее число случаев инфицирования оспой обезьян в мире достигло более 70 тыс. человек.

Фотография чёрной дыры Млечного Пути

Первое в истории изображение тени сверхмассивной чёрной дыры, расположенной в центре нашей галактики Млечный Путь, было получено с помощью глобальной сети радио- и миллиметровых обсерваторий под названием «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT). Чёрная дыра расположена на расстоянии около 27 тыс. световых лет от Солнца и связана с радиоисточником Sagittarius A* (Стрелец A*).

• Первое в истории изображение тени сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре нашей галактики
• Gettyimages.ru
• © NASA

О том, что в центре Млечного Пути расположена сверхмассивная чёрная дыра, учёные догадывались и прежде. В 2020 году Нобелевская премия по физике была вручена именно за это открытие: немецкий учёный-астрофизик Рейнхард Гензель и американский астроном и доктор философии Андреа Гез доказали, что орбитами звёзд в центре Млечного Пути управляет исключительно тяжёлый и невидимый объект. Учёные пришли к выводу, что им может быть только сверхмассивная чёрная дыра.

Учёными также было установлено, что масса этого объекта составляет 4,29 млн масс Солнца, а радиус горизонта событий — 12 млн км.

Юная Вселенная

NASA представило снимок скопления галактик SMACS 0723, удалённого от Земли на 4,6 млрд световых лет. Это стало первым изображением, полученным с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб».

Учёные называют этот снимок самым чётким и глубоким на сегодняшний день инфракрасным изображением ранней Вселенной.

• Скопление галактик SMACS 0723
• AP
• © NASA/ESA/CSA

На фотографии виден эффект так называемого гравитационного линзирования — искажения света под воздействием гравитационных сил. Из-за этого часть галактик запечатлена на снимке в изогнутом виде, а кроме того, звёзды воспринимаются наблюдателем более яркими.

Более молодые галактики на переднем плане видны в форме светлых кругов, а более древние представлены в виде красноватых дуг.

Чтобы сделать этот снимок, телескопу «Джеймс Уэбб» потребовалось 12,5 часа. Для сравнения, экспозиция для аналогичного снимка у телескопа «Хаббл» составила бы несколько недель.

Страховка от апокалипсиса

Американский космический зонд DART (Double Asteroid Redirection Test — «Эксперимент по изменению орбиты двойного астероида») врезался в астероид Диморф. Целью эксперимента является испытание технологии по отклонению траектории потенциально опасных для Земли астероидов. Запуск зонда DART в космос состоялся в ноябре 2021 года с помощью ракеты-носителя Falcon 9 компании SpaceX.

• Космический зонд DART во время столкновения с астероидом
• AP
• © Teddy Kareta, Matthew Knight/NOIRLab

Эксперимент увенчался успехом — зонд выполнил свою задачу, изменив направление движения астероида Диморф. Об этом в октябре сообщил журналистам глава NASA Билл Нельсон.

Он пояснил, что в результате столкновения орбитальный виток Диморфа вокруг превосходящего его по массе астероида Дидим уменьшился на 32 минуты. Также изменилось позиционирование Диморфа относительно более крупного небесного тела. Эти изменения были зафиксированы с помощью земных телескопов.

По словам главы NASA, эксперимент можно назвать моментом водораздела в вопросе защиты нашей планеты от астероидной угрозы.

Орбитальная «Сфера»

Первый спутник из будущей спутниковой группировки «Сфера» «Скиф-Д» был выведен на земную орбиту. Спутник был доставлен в космос ракетой-носителем «Союз-2.1б», оснащённой разгонным блоком «Фрегат», ракета стартовала с космодрома Восточный.

Одновременно на орбиту были выведены три российских спутника связи «Гонец-М». Об этом сообщила пресс-служба госкорпорации «Роскосмос».

Напомним, «Сфера» — один из основных проектов России в космической области. Речь идёт о создании современной системы коммуникаций и мониторинга путём выведения на орбиту крупной группировки спутников связи и дистанционного зондирования Земли.

В отличие от иностранных коллег, российские специалисты приняли решение создать не одну глобальную спутниковую группировку, а несколько региональных систем, которые смогут решать как относительно узкие задачи, так и задачи в масштабах всей планеты.

Новый план лечения болезни Альцгеймера

Российские учёные из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) совместно с коллегами из Бельгии и Италии открыли принципиально новый подход, который в будущем может помочь в излечении болезни Альцгеймера. На сегодняшний день это нейродегенеративное заболевание, вызывающее деменцию, считается практически неизлечимым.

Также по теме

«Гибкий интерфейс между геномом и окружающей средой»: российский биолог — об эпигенетическом регулировании организма

Помимо генома, каждый организм располагает эпигенетическими механизмами, которые позволяют активировать нужные участки ДНК в ответ на...

Учёным удалось восстановить когнитивные возможности у страдавших от деменции лабораторных животных путём активации в их мозгу особых рецепторов к аминам — молекулярным остаткам аминокислот. О том, что в мозгу млекопитающих присутствуют такие остатки, науке известно давно, но было неясно, какую роль играют эти молекулы. Однако после того, как в мозгу были открыты рецепторы, способные воспринимать эти соединения, стало ясно, что амины участвуют в работе нейронов.

Исследователи установили, что искусственная активация одного из таких рецепторов приводит к нормализации работы мозга у пациентов с болезнью Альцгеймера. Активация пробуждает к работе именно ту систему передачи сигналов в нервной ткани, которая перестаёт работать при этом заболевании. Речь идёт о глутаматной нейромедиаторной системе — глутамат в норме служит передатчиком сигналов между нейронами.

Термоядерная альтернатива

Американские физики провели сеанс контролируемого термоядерного синтеза. Опыт был проведён на экспериментальной термоядерной установке NIF (National Ignition Facility, NIF).

Было достигнуто рекордное на сегодня соотношение между затраченной на разогревание плазмы и полученной энергиями. Учёные определяют этот параметр как Q, до сих пор самой большой величиной, которую удавалось получить в рамках экспериментов по термоядерному синтезу, было 0,7. Американским физикам удалось превзойти этот показатель более чем вдвое — в данном случае параметр Q составил около 1,5. При этом для энергетического термоядерного реактора, который мог бы вырабатывать энергию в промышленных масштабах, Q должен составлять порядка 10. Поэтому, хотя эксперимент имеет огромное значение для науки, о создании промышленного реактора пока говорить рано.

• Экспериментальная термоядерная установка National Ignition Facility
• AP
• © Damien Jemison/Lawrence Livermore National Laboratory

Эксперимент был проведён на установке, имеющей отличную от распространённых токамаков конструкцию. Напомним, обычно плазму удерживают и нагревают для запуска термоядерной реакции с помощью магнитного поля — такая конструкция, изобретённая в СССР, носит название токамак. Именно по этому принципу будет работать международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЕР.

Американские учёные реализовали альтернативный подход — в этом случае термоядерная реакция запускается при сжатии термоядерного топлива мощными лазерами.