За что дали Нобелевскую премию по химии?Нобелевка по физике - Борис Штерн, Константин Северинов - Наука в фокусе - 2015-10-09
09.10.2015
За что дали Нобелевскую премию по химии?Нобелевка по физике - Борис Штерн, Константин Северинов - Наука в фокусе - 2015-10-09
Скачать
Н. Асадова
―
16 часов и почти 8 минут в Москве. У микрофона Наргиз Асадова и мой постоянный соведущий Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». Привет, Егор.
Е. Быковский
―
Привет, Наргиз. Здравствуйте, дорогие друзья.
Н. Асадова
―
Скажи, что ты нам хотел сказать.
Е. Быковский
―
Да. Прежде чем приступить к нобелевским премиям, давайте пару слов о нашей премии. Мы заняли второе место на прекрасном всероссийском конкурсе инновационной журналистики за нашусупермегапередачу «Наука в фокусе». Это и ура, и ого, и всякие другие слова.
Н. Асадова
―
И спасибо вам, наши замечательные радиослушатели за то, что вы присылаете вопросы. И благодаря вам наша передача становится ещё более интересной. И я, пользуясь случаем, хочу напомнить телефон для СМС: +79859704545. Это телефон для тех, кто хочет задать вопрос. И мы с Егором самые интересные из них отберём и будем спрашивать экспертов и отвечать в следующих передачах на эти вопросы.Как верно заметил Егор, сейчас у нас нобелевская неделя, которая продлится на 12 октября. И уже были объявлены нобелевские лауреаты практически по всем естественным наукам, наукам, которые нас интересуют. И 7 октября нобелевский комитет назвал лауреатов по химии. В этом году её получили сразу трое учёных. Это швед Томас Линдаль, американец Пол Модрич и АзизСанкар, это биолог, изначально он из Турции, но последние 20 или 30 лет он живёт в Соединённых Штатах Америки и, соответственно, большую часть своих открытий сделал именно в этой стране.
Е. Быковский
―
Почему-то именно про него ты решила рассказать так подробно.
Н. Асадова
―
Не знаю, почему.
Е. Быковский
―
Просто понравился.
Н. Асадова
―
Просто понравился, да. Работа учёных позволила понять, как работают клетки. За что им дали? Формулировка такая: «За механистические исследования репарации ДНК». Репарация – это ремонт ДНК. Дело в том, что до 1970-х годов учёные считали, что структура ДНК не меняется. И вот как раз Томас Линдаль, это человек, который получил Нобелевскую премию в этом году, показал и доказал, что ДНК распадается. Это понимание привело к открытию молекулярной машины, которая постоянно противодействует краху ДНК. АзизСанкар открыл механизм, который клетки используют для повреждения ДНК. И люди, рождённые дефекту в этой системе, например, подвержены раку кожи. А вот Пол Подрич, это третий человек, который получил Нобелевскую премию по химии, продемонстрировал, как клетка исправляет ошибки, возникающие при репликации ДНК во время деления клеток. Этот механизм снижает частоту ошибок при репликации ДНК примерно в 1000 раз. И врождённые дефекты ремонта ДНК, в частности, ведут к наследственному раку толстой кишки. То есть когда говорят о важности этих открытий, говорят о том, что они очень помогают, и наука продвинулась в излечении именно раковых заболеваний. Как известно, 80-90% раковых заболеваний связаны именно с поломками в ДНК.
Е. Быковский
―
С мутациями. Вообще формулировка «учёные обнаружили, что ДНК распадается», как-то меня приводит в ужас.
Н. Асадова
―
О значимости этих открытий, и почему именно эти учёные получили премию, и как работает ДНК, как работает репарация ДНК, мы пригласили поговорить в нашу студию Константина Северинова, профессора, директора исследовательского центра Сколтеха по вычислительной и системной биологии. Здравствуйте, Константин.
К. Северинов
―
Здравствуйте, Наргиз.
Н. Асадова
―
И тогда первый же вопрос. Каким образом ДНК ломается, почему это происходит, какие факторы влияют на это?
К. Северинов
―
На самом деле всё, что зачитали, оно так, но не совсем так.
Н. Асадова
―
В каком месте не так? Где случилась поломка?
К. Северинов
―
Но Санкар правда туркоамериканец. Я думал, как его назвать. Есть афроамериканцы, а он, наверное, туркоамериканец.
Н. Асадова
―
Да, у него два гражданства.
К. Северинов
―
На самом деле то, что мутации, как мы теперь понимаем, это изменения ДНК, возникают за счёт внешних воздействий, было понятно ещё в конце 1930-х годов, когда Георг Мюллер получил Нобелевскую премию за то, что показал, что излучение повышает частоту мутаций. И то, как мутации возникают и как они должны возникать, стало понятно сразу же, после того как в 1953 году Уотсон и Крик опубликовали свою знаменитую модель двойной спирали. И в 1950-е годы многие известные генетики, включая нашего соотечественника Тимофеева-Ресовского, работали кто в шарашках, кто нет, изучая то, как внешние воздействия, в частности, радиация, вызывают мутации, то есть изменения или поломки, как вы говорите, в ДНК, потому что как раз развивалось атомное оружие, и это было очень актуальной темой. И было выделено огромное количество мутаций у мух, у бактерий, у кого угодно, которые увеличивали или уменьшали частоту возникновения мутаций у организмов.А вот эти авторы в конечном счёте действительно выделили…
Е. Быковский
―
Подождите, есть излучение, которое уменьшает частоту мутаций?
К. Северинов
―
Есть мутации, которые понижают или повышают чувствительность к излучению. Опыты делались таким образом: вы берёте зверушку, ставите её в какие-нибудь условия, где есть жёсткое излучение, или бомбу рядом взрываете. И большинство умирает. А у некоторых возникают мутации. Есть варианты, у которых мутации возникают меньше. И вы можете определить гены, которые ответственны за то, что мутаций в этой конкретной линии меньше. Они более устойчивы к радиации, потому что в их ДНК происходит меньше мутаций. Как мы теперь понимаем, просто потому, что у них лучше репарируется ДНК. Таким образом генетики определяют гены. Но гены – это некая формальная вещь. А суть генов в том, что они кодируют белки, специальные машины, которые и занимаются в данном случае репарацией. И авторы этих работ действительно открыли, показали, но это не только они, три типа ферментов, три группы больших ферментов, которые вовлечены в репарацию, в починку трёх разных типов повреждений в ДНК. Вообще говоря, таких повреждений очень много.
Е. Быковский
―
Давайте перечислим три типа.
К. Северинов
―
Сейчас. Только говорить, что это открытие, когда звучит… Это открытие состоялось не сейчас.
Н. Асадова
―
Да, как, наверное, большинство.
К. Северинов
―
Я оканчивал университет в 1989 году. У нас в учебниках всё это было. Для меня скорее удивительно, что дали премию.
Н. Асадова
―
А очень часто же Нобелевскую премию дают спустя 30 лет, 10, 20.
К. Северинов
―
Да, да. Чтобы понять, что происходит, представим себе ДНК, в ней записана генетическая информация. Похоже, как в книгах мы записываем тексты. И ДНК, так же как книги, может реплицироваться, то есть копироваться. Один из видов ошибок возникает, если вы берёте текст и переписываете его. Если вы делаете это не очень аккуратно, у вас просто будут возникать ошибки при переписывании. И сличение оригинала и копии позволит вам определить эти ошибки. Это ошибки, которые в случае ДНК возникают при делении клеток, при репликации. И их изучал, в частности, Пол Модрич. Такая ошибка, сделанная молекулярной машиной, ферментом репликазой, когда он не то скопировал, она может привести к наследственным заболеваниям, если эта мутация произошла в важном гене. Может привести к раку. А может ни к чему не привести, потому что онкогенов мало. Всего у нас 30 000 генов. Большинство нашей ДНК вообще ничего не делает. Мусор.Другой тип проблем, которые могут возникнуть в ДНК или в книге – это просто если книга где-то болтается и валяется, то она может просто физически испортиться от времени, он воздействия внешней среды. Пришёл ребёнок, нарисовал в книжке что-то, какое-то слово замарал.
Н. Асадова
―
С точки зрения генов – это когда две буквы, например, могут слипнуться из-за воздействия…
К. Северинов
―
Это не связано с репликацией, а связано именно с неправильным обращением. Неправильное обращение в случае ДНК может быть ультрафиолетовый свет действительно. Кванты света действительно взаимодействуют с основаниями ДНК и могут приводить к каким-то ковалентным сшивкам в них, что потом затрудняет репликацию такой ДНК и приводит к возникновению мутаций.
Е. Быковский
―
Почему только ультрафиолет? Вообще любая проникающая радиация, наверное.
К. Северинов
―
Дело в том, что ДНК – вообще говоря, прозрачная. А поглощают основания ДНК. В ДНК есть часть её, называется основания. Это то, что обеспечивает взаимодействие двух цепей ДНК по принципу инь-янь, позитива-негатива, назовите, как хотите. Так вот эти основания ДНК поглощают в ультрафиолете. Соответственно, мутации возникают при облучении клеток в ультрафиолете, потому что именно тогда энергия от света передаётся ДНК. Точно так же радиация: просто жёсткое излучение может приводить к реальному расщеплению ДНК, она просто рвётся. И, конечно же, если это была книжка и в ней было записано какое-то важное генетическое сообщение, как сделать белок, который необходим для жизни, то такой разрыв смерти подобен, его нужно излечить. Вот эти авторы показали три разных способа, как можно лечить такого рода мутации, возникающие или в случае репликации, переписывания (это Модрич), или Санкар и Линдаль в случае хранения, но там два разных типа. Одни ошибки возникают именно в случае облучения светом. И там довольно понятно. Это то, что делал Санкар. А другие возникают в результате некой естественной порчи ДНК. Может быть, слово «порча» очень правильное. Вообще в ДНК есть четыре буквы – А, Г, Ц и Т, основания, которые взаимодействуют друг с другом специальным образом. И они химически очень стабильны. Это правильно. ДНК – это депозитарий нашей информации. Лучше, чтобы наша информация была стабильна. А одна буква, буква Ц, нестабильна. Она с ощутимой частотой превращается в неправильную букву У. И это приводит к возникновению мутаций в конечном счёте. Линдаль занимался тем ферментом, который обнаруживает эту неправильную букву, возникшую из химической естественной порчи одного из оснований ДНК и переделыванием его в нормальное состояние.
Н. Асадова
―
А где используют сейчас их работы?
Е. Быковский
―
Подождите. Можно я всё-таки насчёт естественной порчи…
К. Северинов
―
Приехал из Америки, где я учил студентов 4 курса. 300 человек было. Мне так приятно про это всё говорить, потому что я всё про это знаю. Потому что я их учил.
Е. Быковский
―
Всё-таки насчёт естественной порчи. Эта химическая реакция происходит сама по себе?
К. Северинов
―
Сама по себе. Спонтанноедезаминированиецитозина приводит к образованию урацила. Большинству людей это ничего не говорит, но в конечном счёте это означает возникновение мутации. И это происходит в естественных условиях с такой частотой, что в целом из тысячи молекул цитозина одна всегда будет в форме урацила. Понять проблему можно, просто оценив размер нашего генома. В нём 3 млрд букв. Из них одна четверть – эти самые цитозины. Соответственно, у нас урацилов в каждый конкретный момент может быть очень много. Но, слава Богу, есть такая умная ошибка, сама по себе продукт гена, которая бегает по ДНК и как только натыкается… в древних компьютерных играх, знаете, были такие диггеры. Он бегает, нашёл – вставил правильно, побежал дальше.
Н. Асадова
―
А я хочу вернуться к своему вопросу. Эти все знания сейчас где применяются?
К. Северинов
―
А нигде не применяются. Потому что хоть всем и хочется… Смотрите, это общие ненаправленные системы поддержки генетического гомеостаза. Ведь машинки чинят не конкретный важный ген, а вообще всю ДНК. И в этом смысле, хотя действительно правильно, что возникновение раковых и многих других заболеваний связано с мутациями, но мутации в очень определённых положениях. Но эти системы не направлены на репарацию и на починку именно каких-то онкогенов. Это неспецифические системы починки. Поэтому, например, крем от загара действительно блокирует ультрафиолет. Почему? Потому что нужно, чтоб в ДНК не возникали мутации. Но это не означает, что тем самым люди используют открытие Модрича.
Н. Асадова
―
Но то, что мы понимаем, как эти процессы происходят, то мы можем как-то защититься…
К. Северинов
―
Мы формально можем в какой-то перспективе, например, разрабатывать терапии, которые понижали бы эффективность ¬репарации в раковых клетках. В раковых клетка репарация – это плохо. Чем мы лечим рак в числе прочего? Мы просто облучаем это всё радиацией в надежде на то, что мутации возникнут в раковых клетках. Они в нормальных клетках тоже возникнут. Но раковые клетки размножаются, а нормальные – нет. И так как раковые клетки размножаются, то мутации для них более значимы. Помрут они быстрее. Есть некий такой баланс. Если бы выключить репарацию в раковых клетках, то они были бы более чувствительны к излучению, и, следовательно, это было бы хорошо.Второй вариант – что если солдаты или кто-то там идут в условиях атомной войны в бой и у них возникает лучевая болезнь, то, конечно, хотелось бы с этим бороться, и антидоты от радиоактивной лучевой болезни могли бы стимулировать репарацию в целом. Это было бы полезно
Е. Быковский
―
Могли бы, но пока их нет?
К. Северинов
―
Есть кое-какие.
Е. Быковский
―
А почему, собственно, тогда с раком не борются именно таким способом? Или борются, но я про него просто не знаю?
К. Северинов
―
У нас есть 30 000 генов всего. Они нам всем более-менее нужны. 75% нашей ДНК – вообще не гены, но непонятно что.
Е. Быковский
―
Или пока непонятно, что.
К. Северинов
―
Есть с десяток генов, может быть, двадцать генов, которые, если бы возникли мутации в определённом месте этого гена, могут привести к раку. Мутации возникают спонтанно и везде. И эти системы, опять же, не направлены, они не геноспецифичные. Они про всё. И вообще неправильно думать… идеальную репарацию тоже нехорошо иметь.
Е. Быковский
―
Почему?
К. Северинов
―
Потому что если бы ДНК, как вы сказали, Наргиз, что учёные думали, что ДНК такая стабильная. Если бы ДНК была очень стабильная и не было бы ошибок вообще, если бы, переписывая книгу, Библию, никто не делал бы никогда ошибок, то всегда был бы только оригинал. И были бы сейчас на Земле не мы с вами, а был бы тот самый LUCA, LastUniversalCommonAncestor, последний предок общей жизни, который бы только и был. Мы все результаты ошибок.
Н. Асадова
―
Мутаций.
К. Северинов
―
Мутаций. Мы относительно друг друга мутанты. Мы различаемся, потому что различаются наши ДНК, а различия возникли потому, что система репарации работает не идеально.
Е. Быковский
―
Если предков несколько, то есть рекомбинация. Хорошо, да, я понял, в чём проблема.
К. Северинов
―
На самом деле эффективность репарации в клетках генетически детерминирована, и она больше или меньше в зависимости от размера генома организма, для того чтобы поддержать определённый ненулевой уровень мутаций, который необходим.
Е. Быковский
―
То есть, насколько я понимаю, проблема в том, что мы не можем совершенно избавиться от мутаций, потому что это убьёт человеческий род в итоге, и вообще нехорошо, но, с другой стороны, мы не можем применить этот механизм избирательно. Мы знаем, что он существует, как он работает, но натравить его в определённое место мы пока не умеем.
К. Северинов
―
Не умеем. Но он красивый ещё. У него есть одна из причина, почему за него можно давать Нобелевскую премию. Он очень красивый. И он действительно важный, он фундаментальный, он очень древний. Система репарации ДНК у бактерий и у нас с вами, в общем, одна и та же. Приятно же знать…
Н. Асадова
―
Но вообще нобелевские лауреаты сами подчёркивали, что им дали нобелевскую премию именно за механистические исследования, на которые ушло очень много времени, то есть много лет ушло, чтобы понять, разобраться, а как это работает, какие этапы у репарации той или иной, и потом ещё несколько лет, чтобы доказать, что это происходит именно так, как есть.
К. Северинов
―
Это очень сложная система. Есть десятки, на самом деле сотни генов в клетке, продукты которых заняты починкой ДНК. Просто потому что для клетки очень важно её чинить. И это непересекающиеся пути. И их сложно выявить. Тем более, что активность одного из них маскирует активность другого, и так далее, и тому подобное. Это вполне себе героический труд.
Н. Асадова
―
Вы сказали, что есть два типа мутаций, которые исследователи наши сегодняшние герои. А есть какие-то ещё?
К. Северинов
―
Я сказал, что есть на самом деле три. Потому что есть связанные с репликацией, а есть в широком классе не связанных с репликацией те, которые вызываются взаимодействием с ультрафиолетом, а есть те, которые возникают за счёт естественного дезаминированияцитозина. Просто химия ДНК такая. Есть, например, различные канцерогены, есть вещества, которые просто химически модифицируют ДНК, они просто присоединяются, например, какой-нибудь бензопирен, и становится плохо, потому что в итоге нужно что-то с этим делать, потому что скорее всего возникнет как следствие мутация, или просто ДНК не сможет быть реплицирована, клеточное деление нарушится. Со многими химическими канцерогенами тоже нужно бороться каким-то образом, но не этими путями, другими путями. Есть проблема, когда ДНК просто рвётся на две части. Бывает такой случай, когда хромосома разорвалась на две части. Ну что тут будешь делать? Всё это плохо.
Н. Асадова
―
А почему это происходит?
К. Северинов
―
По разным причинам. В клетке есть специальные механизмы, которые называются «репарация концов». Это означает, что когда у тебя ДНК порвалась, ты должен пойти тот конец и другой конец и каким-то образом их соединить, ничего не перепутать. За это пока Нобелевскую премию не дали, н открыл этот механизм Джек Шостак, который получил Нобелевскую премию за теломеразу. Поэтому он не должен чувствовать себя обиженным.
Н. Асадова
―
Когда это было? В каком году?
К. Северинов
―
В начале 1980-х он открыл этот механизм репарации. Нобелевскую премию он получил, по-моему, лет 5 назад.
Е. Быковский
―
Тут прозвучало слово «теломераза». Перед передачей, пока мы разговаривали, мы вспомнили про всякие другие штуки.
К. Северинов
―
Я зря сказал это слово.
Е. Быковский
―
На всякий случай, если у каких-то наших слушателей сейчас возникнет вопрос «нельзя ли тем же самым аппаратом чинить проблемы, которые возникают при делении клетки?», есть такой…
Н. Асадова
―
Лучше Константин пускай объяснит, что такое теломераза.
К. Северинов
―
Действительно, есть такой фермент. За него дали Нобелевскую премию. Это ещё одна молекулярная машина со своим механизмом, которая тоже поддерживает гомеостаз или постоянство нашей ДНК. У бактерий таких проблем нету. Это так называемая проблема репликации концов. Дело в том, что наша ДНК линейна. Она как такая палочка. Представьте, опять же, себе книгу. Про книгу удобно говорить. Оказывается, что репликация ДНК, такой странный процесс, происходит таким образом, что первая и последняя страница книги никогда не реплицируются. Представьте, что есть книга, вы её читаете или копируете. Но первую и последнюю страницу не стали копировать, потом ещё раз копируете. Тогда уже то, что было исходно второй и предпоследней, теряется. И так далее, и тому подобное.
Н. Асадова
―
В конце концов остаётся только середина книги.
К. Северинов
―
Да, ничего не останется в конечном счёте. И клетка борется с этим, придумав теломеры. Теломеры – это такие затычки на хромосомах. В случае аналогии с книгами это просто 20-30 пустых страниц в самом начале и в самом конце. И теломераза – это тот фермент, который пустые странички вставляет, с тем чтобы никоим образом ни в коем случае не началось убирание уже собственно текста. Вот, что такое теломераза.
Н. Асадова
―
И этот метод, выше обозначенный, никакого отношения к теломеразе не имеет.
К. Северинов
―
Не метод, а репарация ДНК, процесс, механистические исследования авторов Нобелевской премии по химии 2015 году не имеют никакого отношения к теломеразе.
Н. Асадова
―
Нас Таня спрашивает: «Каковы успехи нашей биологии в изучении ДНК?». Кто-нибудь у нас занимается исследованиями?
Е. Быковский
―
Очень общё сформулирован вопрос.
Н. Асадова
―
Я думаю, что если к нашей теме это всё…
К. Северинов
―
У нас исторически за счёт того, что была атомная отрасль, за счёт того, что были проблемы, которые нужно было решить, у нас были очень сильные исследования по тем временам по репарации, в частности, в ПИЯФе, это в Гатчине, был такой отдел Ланцова и Бреслера в Политехническом университете, который этим занимался. Очень сильная группа до сих пор есть в Новосибирске. Ольга Лаврик этим занимается. Всякий раз, когда ты говоришь «очень сильная», это означает, что трудно прыгать в мешке. Когда вы сидите в мешке и прыгаете, а все другие ездят на велосипедах или, может быть, на Феррари. Поэтому в принципе ситуация в России с наукой не хороша и с биологией в частности. Может быть, даже особенно.
Н. Асадова
―
И мы видим, что все вышеобозначенные учёные, которые получили Нобелевскую премию, тоже из своих стран уехали в Америку, потому что в Америке, видимо…
К. Северинов
―
Линдаль – швед. Он уехал в Англию руководить…
Н. Асадова
―
Он сначала в Америку уехал, а потом в Англию уехал. А турок наш уехал в Америку. Так там и работает многие годы. То есть, видимо, в Америке лучше всего с этим дела обстоят?
К. Северинов
―
В Турции точно нехорошо. Хотя они сейчас строят несколько больших биологических центров. В Америке – да, хорошо дела обстоят.
Е. Быковский
―
В Турции тоже, видимо, прыгают в мешках.
Н. Асадова
―
Спасибо большое. Наше время подошло к концу. Мы поговорили сейчас о Нобелевской премии, которую дали по химии. И у нас в студии был Константин Северинов, профессор, директор исследовательского центра Сколтеха по вычислительной системной биологии. Спасибо. И сейчас будут краткие новости и реклама, а затем мы продолжим нашу передачу.НОВОСТИ
Н. Асадова
―
16 часов и 35 минут в столице. У микрофона по-прежнему Наргиз Асадова и Егор Быковский. Мы продолжаем передачу «Наука в фокусе». И мы продолжаем обсуждать нобелевскую неделю. И 6 октября вручили нобелевку по физике. Егор, расскажи, за что.
Е. Быковский
―
Как бы в противовес химической и медицинской премиям, тут дали премию за совершенно такие сверхфундаментальные исследования. Собственно, дали премию за осцилляцию нейтрино так называемую, а фактически за некоторое разрушение привычной физики. Оказалось, что у нейтрино есть масса. А что это за собой влечёт? Тут мы по этому поводу поговорим со специалистом.
Н. Асадова
―
Да. У нас сейчас по телефону будет Борис Штерн, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института ядерных исследований РАН. Алло. Борис, вы нас слышите?
Б. Штерн
―
Да. Добрый день. Здравствуйте.
Н. Асадова
―
Объясните нам, пожалуйста, что такое осцилляция нейтрино. Что это за термин такой?
Б. Штерн
―
Это термин из квантовой механики пришёл. Тут, к сожалению, описывать сложно на пальцах, потому что ещё Ричард Фейнман сказал, что квантовую механику не понимает никто, просто некоторые умеют с её помощью получать правильные результаты. Грубо говоря, так.Существует, допустим, две частицы – Aи B. Они могут рождаться либо как чистаяA, либо как чистая B. Но они не могут спокойно в таком виде существовать в вакууме в свободном виде. Они существуют только в виде какой-то смеси друг с другом. И если мы родили A, она спокойно существовать не может. А что она делает? Она переходит в B и потом назад. И это так по синусоиде со временем: то родилась как A, через некоторое время стала частицей B, потом снова A.
Впервые этот эффект увидели даже не на нейтрино, а на нейтральных k-мезонах где-то в 1950-х годах.А потом Бруно Понтекорво предположил, что вдруг и нейтрино так же умеют осциллировать. Но было известно, что нейтрино по крайней мере два вида: это мюонное нейтрино и электронное нейтрино.
Н. Асадова
―
Борис, прошу прощения. Давайте скажем, что такое нейтрино. Не все же знают. Кто его придумал?
Б. Штерн
―
Правильно, правильно. Паули в 1930 году придумал каким образом? При быстром распаде ядер куда-то девается энергия. Совершенно не видно, куда она девается. Таинственно исчезает, и всё. Он предположил, что, наверное, есть какая-то частица, которая уносит эту энергию и которая достаточно слабо взаимодействует, чтобы её не могли поймать тут же рядом.
Е. Быковский
―
С его стороны это всё-таки был такой теоретический приём. Я читал, что он даже как-то считал его запрещённым и досадовал на себя за то, что придумал частицу, которая вряд ли когда-нибудь будет обнаружена. Но её таки обнаружили.
Б. Штерн
―
Да. Но ещё до того, как её обнаружили, Ферми сделал теорию слабых взаимодействий, где эта частица была просто необходима, она туда очень хорошо вписалась. То есть ещё до того, как нейтрино обнаружили, она стала легальной частицей, необходимой частью теории. Но её обнаружили где-то в 1955-1956. Около реактора поставили детектор. И эти нейтрино от реактора взаимодействовали в детекторе.
Е. Быковский
―
Но почему-то считалось, что у нейтрино нет массы.
Б. Штерн
―
Естественно. Потому что масса электрона – это половина МэВ. А уже давно, ещё в 1950-х годах, было ясно, что масса нейтрино по крайней мере в тысячу раз меньше. А потом эту границу опустили до 100 000 раз меньше. И тогда вопрос вообще: откуда такая гигантская разница? Тогда проще предположить, что она просто 0, понимаете? То есть легчайшая частица во много-много тысяч раз тяжелее. И потом её всё зажимали, зажимали эту массу. И сейчас в прямых измерениях уже дошли до 2эВ. То есть она почти в миллион раз меньше электрона. Это показывают прямые измерения. А из космологии уже ясно, что она по крайней мере в миллион раз легче. Поэтому легко было предположить, что масса равна нулю.Оказывается, эти частицы A и B, про которые я говорил, они осциллируют, если у них чуть-чуть разные массы. А если они чуть-чуть разные массы, значит по крайней мере у какой-то из них она не равна нулю.
Е. Быковский
―
Значит, эта масса вообще есть, если есть разница между массами.
Б. Штерн
―
Правильно. Значит она есть. И теперь откуда эти осцилляции всплыли? Они всплыли ещё давно, когда мерили потоки нейтрино от Солнца. Электронные нейтрино от Солнца взаимодействуют в детекторе. Увидели, что этих нейтрино меньше. Это был опыт Девиса, так называемый хлор-аргоновый эксперимент. И их было много меньше. И первое, что стали думать: а, может быть, наши модели Солнца не верны? Потому что в этом опыте мерились не главные нейтрино, а нейтрино побочного цикла, у них больше энергия. Может быть, там что-то с этими циклами не так. И тогда же было выдвинуто предположение: а, может быть, ребята, нейтрино осциллируют по дороге. Поэтому мы его не досчитываемся. Но тогда это были ещё экзотические предположения.И где-то уже в 1980-х провели так называемые галлий-германиевые эксперименты. У нас в институте.. на Баксане и в Италии. Эти эксперименты показали, что нет, мы видим действительно, что потока главных нейтрино не хватает. Не хватает в 2 с лишним раза. И всё. То есть это значит, что по идее они всё-таки должны осциллировать.
И наконец эксперимент, награждённый нобелевской премией – это люди показали, что на самом деле поток нейтрино от Солнца нормальный. Просто большая часть этих нейтрино не даёт никаких ядерных реакций, а взаимодействует с веществом только упруго. Вот эти упругие взаимодействия они померили и увидели, что на самом деле нормальное количество этих нейтрино. Это эксперимент Садбери.
Н. Асадова
―
А премию вручили ТакаакиКадзита и Артуру Макдональду.
Б. Штерн
―
А это независимый эксперимент. Я всё рассказывал про солнечные нейтрино. А есть ещё нейтрино атмосферные. Влетает протон огромной энергии в атмосферу и рождает ливень частиц. И этот ливень частиц тоже рождает нейтрино – и мюонные, и электронные. Они летят сверху, попадают в детектор. Мы это измеряем. Теперь, с другой стороны те же самые ливни производят те же самые нейтрино. Но пока они летят через Землю, они успевают проосциллировать. И весь их состав меняется. И вот это изменение состава в этом детектореSuper-Kamiokande, кстати, потрясающий детектор совершенно. Это заслуживает отдельного рассказа. Это была совершенно потрясающая авария однажды в Super-Kamiokande. Они увидели эту разницу. И она тоже легко объясняется и с точностью вписалась в эту теорию нейтринных осцилляций.Вот эти два ключевых эксперимента… Но на самом деле были и другие важные эксперименты. Жалко, конечно, что Нобелевская премия не досталась руководителям галлий-германиевых экспериментов. В общем, это да. Эти два измерения были в каком-то смысле ключевыми.
Н. Асадова
―
А почему мы говорим и читаем о том, что это открытие, открытие осцилляций нейтрино меняет наши представления о Вселенной.
Б. Штерн
―
Это значит, что мы не знаем всей физики. Откуда берётся эта масса? Мы должны понять, откуда она берётся. Один из вариантов, откуда может появиться масса, почему такая маленькая масса и такая разница масс. Есть такой парадоксальный факт, как то, что это может начаться существование какой-то новой физики на очень больших энергиях, каких-то частиц с огромной массой – 10^15 ГэВ. И есть такой парадокс, что частицы с огромной массой, если они являются переносчиками взаимодействий, то это взаимодействие становится очень маленьким, потому что, грубо говоря, Эта большая масса стоит в знаменателе. Точно так же слабые взаимодействия слабы потому, что их переносчик w-бозон имеет очень большую массу. Так вот здесь может оказаться, что ещё какой-то масштаб энергий, какая-то интересная физика разворачивается где-то там далеко. Но это не единственное объяснение на самом деле. Есть ещё. Во всяком случае, это говорит о том, что наши знания не полны, что надо копать дальше.Потому что если бы всё заканчивалось на Стандартной модели, то у нейтрино была бы масса 0 просто-напросто.
Н. Асадова
―
То есть это ставит перед наукой ещё какие-то интересные вопросы.
Б. Штерн
―
Конечно, ставит интересные вопросы. Да, да, да. Говорит, что не закончено, что надо искать ещё дальше. И примерно понятно, где.
Е. Быковский
―
И где?
Б. Штерн
―
В больших энергиях. Эти энергии недостижимы, но мы можем уточнять эксперименты при наших энергиях и смотреть, как проектируются те далёкие энергии на наши. То есть это вопрос точности эксперимента. И тут ещё можно много сделать, конечно, на существующих установках, в том числе на Большом адронномколлайдере.
Е. Быковский
―
Его энергии достаточно, или надо всё-таки строить уже что-то побольше? Устарело уже?
Б. Штерн
―
Что-то устарело?
Е. Быковский
―
Не устарел ли он уже? Не надо ли строить что-то побольше в таком случае?
Б. Штерн
―
Не надо строить что-нибудь побольше? Конечно, это интересно. Но тут трудно сказать. Сейчас пока это трудно обосновать. Если мы построим что-нибудь побольше – да, скорее всего, это что-то даст. Но пока мы точно не знаем, что это даст. Если сейчас на Большомадронномколлайдеренайдут что-то, допустим, суперсимметричную частицу, тогда это будет аргумент строить что-то побольше. Пока это аргументы достаточно слабые. Вернее, они недостаточно определённые.
Е. Быковский
―
И самый последний вопрос, Борис: можно ли будет что-то узнать по поводу вещества и антивещества? Это один из фундаментальных вопросов. Может быть, масса нейтрино с этим как-то связана?
Б. Штерн
―
Масса нейтрино может быть связана с так называемым нарушением комбинированной чётности, cp-симметрия иными словами. Это может быть некое отличие мира от антимира. Грубо говоря так. Если мы говорим по телефону с каким-то инопланетянином, и мы не знаем, живёт ли он в мире или антимире, то, используя вот эти нарушения комбинированной чётности, мы можем договориться и понять, мир у него или антимир.
Н. Асадова
―
Спасибо большое, Борис. К сожалению, наше время подошло к концу. Я напоминаю, что у нас в студии по телефону был Борис Штерн, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН. И мы говорили про Нобелевскую премию по физике. Сейчас прервёмся на две минутки рекламы.РЕКЛАМА
Н. Асадова
―
Да, это программа «Наука в фокусе». И её ведущие Егор Быковский и Наргиз Асадова. И сейчас мы объявляем нашу любимую рубрику «Вопрос-ответ».+79859704545 – это телефон нашего прямого эфира и телефон для СМС, куда вы можете присылать свои вопросы. И Светлана из Москвы нас спрашивает: «Так нейтрино проходит сквозь нас, и без последствий?».
Е. Быковский
―
Да, совершенно без последствий. Большая часть нейтрино... вообще средний нейтрино может пронизывать насквозь всю Вселенную, ни с одним из атомов не прореагировать. Вообще через квадратный сантиметр вашей кожи, Таня, каждую секунду пролетает 60 млрд нейтрино, которые ничуть вас не задевают, они улетают дальше, пролетают сквозь Землю и удаляются далеко-предалеко. Только некоторые из них можно поймать, очень небольшую их часть.
Н. Асадова
―
Тогда давай с тобой ответим на вопрос, который в одной из наших прошлых передач у нас был от любителя науки и связан тоже с физикой так или иначе. Вопрос был такой: «Разлагается ли графен?». Помните такой новый материал?
Е. Быковский
―
Который наделал много шума, Гейм, Новосёлов, бывшие наши соотечественники. Графен – это одна из форм углерода, вкоторой атомы расположены в гексагональной решётке, как в клетке для кур, если вы когда-нибудь видели такую клетку. Они образуют гигантскую молекулу, где каждый атом связан с тремя соседними ковалентными атомами, и это делает графен необычайно стабильным. Он вообще не является биоразлагаемым материалом, не вступает в реакции никакие с большинством растворителей и кислот, его разложить очень сложно. Даже не представляю, чем это можно сделать.
Н. Асадова
―
Ещё один вопрос у нас был от Антона: «Почему у мяса овец и коров разный вкус, хотя все они едят травы?».
Е. Быковский
―
Едят они одно и то же, а вкус у них разный, и выглядят они тоже совершенно по-разному. Потому что это разные биологические виды с разными ДНК и с разным химическим составом. Базовая структура мускульной ткани у всех млекопитающих примерно одинакова. У человека тоже, в общем, очень похожая. Но большая часть вкуса и запаха мяса происходит из специфических жиров, которые животные использует в качестве энергонакопителя. Мы все используем разные жиры. У разных видов они разные. Их набор зависит от пищевого рациона. Трава тоже бывает разная. Например, дикие овцы общипывают молодые листья и побеги. И с тем же успехом едят вообще любую зелень. Поэтому домашним овцам еду заготавливают немного не так и не такую, нежели коровам. Набор бактерий в желудке у овцы тоже сильно отличается от коровьего. Биота другая. В результате всего этого овцы производят больше так называемых разветвлённых жирных кислот, а в них на 8-10 атомов углерода больше на одну молекулу, чем у коров. И именно это как раз и придаёт баранине такой характерный вкус, можно отличить.
Н. Асадова
―
Да, это с нашими вкусовыми рецепторами должно быть связано. Что такое вкус вообще? Хороший вопрос, кстати: что такое вкус? Мы все по-разному немножечко чувствует.
Е. Быковский
―
Это следующий вопрос. Была договорённость один вопрос на одного человека. Будем считать, что ты задала мне вопрос, что такое вкус. В следующий раз мы ответим.
Н. Асадова
―
Хорошо. И для тех, кто хочет ещё вопрос задать, я ещё раз объявлю телефон для СМС: +79859704545. К сожалению, сейчас мы уже не сможем ответить, не успеем просто на ваши другие вопросы.
Е. Быковский
―
А был такой хороший вопрос про алкоголь, жалко, что не успеваем. Ничего, в следующий раз.
Н. Асадова
―
Мы ответим на следующей неделе. И я задержусь в студии и запишу все вопросы, которые вы сейчас пришлёте.
Е. Быковский
―
Уж пожалуйста.
Н. Асадова
―
Да. А сейчас мы с вами прощаемся. Всего доброго. И до следующей пятницы.
Е. Быковский
―
Спасибо. До свидания.