Работа съезда ВОГиС близится к завершению. А мы публикуем последнее из цикла интервью с его делегатами. Наш собеседник – один из ведущих специалистов страны по этногеномике, д.б.н. Эльза Хуснутдинова.

- Эльза Камильевна, расскажите вкратце – чем занимается этногеномика?

- Эволюция популяций человека, их происхождение, родство, историческое развитие, всегда были в центре внимания многих наук. Для решения  этих проблем проводят исследование множества полиморфных признаков в различных популяциях и этно-территориальных группах. Эти исследовния позволили сформировать представления об основных  этапах происхождения и расселения современного человека и вылились в формирование  отдельного научного направления - этногенетики.

Этногенетика, по определению Ю.Г. Рычкова, есть раздел популяционной генетики, в котором особое внимание уделяется этнической структуре популяций, а целью является выяснение генетических последствий этноисторического и экологического развития народонаселения.

Подлинный переворот в популяционных исследованиях произошел при появлении нового инструмента в виде полиморфных маркеров  ДНК. Огромное множество полиморфных ДНК-маркеров, выявленное при расшифровке  генома человека, стало мощным инструментом для описания на новом уровне генетических особенностей народов, восстановления истории их формирования, а также становления человека как биологического вида в целом. На основе развития этих исследований в рамках геномики возник новый раздел науки –  этногеномика,   целью которого является изучение особенностей геномного полиморфизма и геномного разнообразия  отдельных популяций, этносов и реконструкция на этой основе их генетической истории.

- Вы упоминаете некие маркеры, о чем именно идет речь?

- Для  исследований геномов людей используют разные системы ДНК-маркеров:  маркеры, расположенные на парных хромосомах (аутосомные), на митохондриальной ДНК и непарной У-хромосоме. Изучение аутосомных маркеров, которые наследуются по обеим (женской и мужской) линиям,  чрезвычайно важно, ибо данные маркеры ДНК характеризуют сообщества в целом, не выделяя генетического вклада каждого из полов. В настоящее время, открываются перспективы разработки наиболее чувствительных систем генетических маркеров и получения на основе их анализа целостных, наиболее достоверных картин происхождения и этногенеза современных популяций человека. Здесь особую роль играют маркеры митохондриальной ДНК (мтДНК) и ДНК Y хромосомы, поскольку они позволяют проследить генетическую историю человечества отдельно по женской и мужской линиям. Это  дает новые, не существовавшие раньше возможности в этногенетических исследованиях  - проследить и сопоставить историю женской и мужской части популяции и оценить их вклад в популяционный генофонд.

- Насколько развитие этногенетики в России соответствует мировому уровню?

- В России работы по этногеномике – одно из самых продуктивных генетических направлений, которое активно развивается в ряде научных центров. Разработками в области этногеномики в России занимается  целый ряд известных научных коллективов г. Москвы, Новосибирска, Томска, Магадана, Уфы и Якутска. Ими получены фундаментальные данные по изменчивости и эволюции мтДНК,  Y-хромосомы  и аутосомных ДНК-локусов в популяциях Волго-Уральского региона, Кавказа, Центральной России, Сибири, Средней Азии. Кроме того, результаты исследований позволили охарактеризовать структуру генофонда популяций России, получить генетические портреты отдельных этносов, сопоставить генетические реконструкции с историческими данными о происхождении и миграции коренных народов России и получить однозначную генетическую оценку по некоторым спорным вопросам этногенеза.

- Какие задачи стоят перед учеными в этом направлении сегодня?

- Задач много. Я перечислю лишь самые важные из них:

• Каталогизация генетического разнообразия
•  Детальный анализ региональных генофондов (эволюция, происхождение, миграции)
• Уточнение глобальной картины, полученной по мтДНК и Y хромосоме, с помощью анализа полных геномов в различных популяциях мира.
• Изучение роли естественного отбора в формировании и структуризации генетического разнообразия человека
• Молекулярная эпидемиология: географическое распределение генетической вариабельности, связанной с распространенными болезнями
• Изучение генов предрасположенности к многофакторным заболеваниям, генов индивидуальной чувствительности и устойчивости к лекарственным препаратам в разных популяциях мира.

- Насколько значительны различия различных этнических групп на генетическом уровне и какую роль эти различия могут сыграть в повседневной жизни людей?

- Необходимо помнить, что все люди принадлежат к одному биологическому виду и все различия, которые мы находим, пусть иногда и весьма контрастные, не являются каким-либо ограничивающим фактором. Более того, в наших исследованиях мы не рассматриваем потомков от смешанных браков, имевших место хотя бы в трех поколениях. Культурные или религиозные различия играют гораздо более существенную роль во взаимоотношениях людей, чем генетические факторы. Мы часто сталкиваемся с непониманием важнейшего факта – наша работа потому и является на сегодняшний день такой актуальной, что между многими этносами еще нужно найти какие-либо различия. Большинство генетических систем демонстрирует, что на долю межпопуляционного разнообразия приходится 10-15% генетической вариабельности, а большая ее часть (85-90%) сосредоточена внутри популяций.

Генетическая структура каждого этноса имеет длительную историю становления и характеризуется отличительным генетическим разнообразием, которое является результатом отбора по какому-либо признаку, зависящему от социально-демографических, климатических и прочих факторов.

Генетическая дифференциация популяций по генам заболеваний столь же велика, как и общий уровень межпопуляционного разнообразия на полногеномном уровне, в связи с чем актуальным является изучение этноспецифических факторов риска развития многофакторных заболеваний, позволяющих с высокой точностью предсказывать вероятность развития заболевания с учетом этнической принадлежности человека.            

Результаты изучения частот полиморфных вариантов  генов в различных популяциях человека  является основой для поиска генов предрасположенности к развитию многофакторных заболеваний, генов индивидуальной чувствительности и устойчивости к лекарственным препаратам в конкретных популяциях. В настоящее время в ряде научных исследований показаны существенные межпопуляционные и межэтнические различия по частоте полиморфных вариантов генов, ассоциированных с развитием ряда многофакторных заболеваний.

- Существуют ли болезни, которым одни народы более подвержены, чем другие?

- С генетической точки зрения безусловно, существуют болезни, которые распространены в большей степени в той или иной этнической группе, причем зачастую это связано с так называемой брачной ассортативностью, то есть предпочтениями в выборе жениха или невесты, принадлежащих к той же этнической группе. Так, в качестве примера можно привести евреев ашкенази, у которых наблюдается повышенный риск рождения ребенка с болезнью Тея-Сакса по сравнению с другими народами.

- Как ваши исследования (их результаты) сказываются на повседневной жизни людей?

- Наши исследования в конечном итоге связаны с медицинскими аспектами. Анализ разнообразия генома человека на уровне этносов и популяций является и основным подходом для решения вопросов молекулярной эпидемиологии наследственных болезней.

Поиск маркеров генетической предрасположенности к многофакторным заболеваниям также показал необходимость обязательного учета этнической принадлежности больных и контрольных групп, т.к. по распределению частот генотипов и аллелей многих генов в популяциях часто наблюдаются статистически значимые различия. В то же время, в большинстве аналогичных исследований, проводимых как за рубежом, так и в России, отсутствует этнический подход к решению проблемы, являющийся крайне важным, так как локальные этнические группы, проживающие даже в одном регионе, в настоящее время все еще сохраняют достаточно выраженную генетическую подразделенность и своеобразие генофондов. Подтверждением этому служат результаты проведенных нами ранее исследований по изучению молекулярных основ ряда наследственных и многофакторных заболеваний, распространенных в популяциях Волго-Уральского региона. В ходе этих исследований в генах ряда заболеваний  в различных этнических группах больных были установлены существенные особенности по спектру и частоте мутаций, а также по генам предрасположенности к развитию многофакторных заболеваний. Выявление этно-территориальных особенностей распространенности и генетической природы наследственных и многофакторных заболеваний является основой для создания эффективной системы их мониторинга и разработки наиболее эффективных подходов диагностики и профилактики, оптимальных для конкретных регионов и этнических групп.

- Насколько государственные органы учитывают результаты вашей работы в своей деятельности?

- К сожалению, практически  не учитывают.

Вопросы задавал Георгий Батухтин

С 15 по 20 июня 2014 года в Ростове-на-Дону пройдет VI съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров (ВОГиС). Ожидается, что в его работе примут участие  около 800 ведущих исследователей из 300 организаций РАН, РАМН, РАСХН и ведущих ВУЗов страны.

Нынешний президент ВОГИС, известный новосибирский ученый, академик Владимир Шумный так охарактеризовал задачи, которые стоят сегодня перед главной общественной организацией генетиков страны:

 - Наша работа сосредоточена по трем основным направлениям. Во-первых, мы стараемся создать единое мощное информационное поле для координации исследовательской работы всех российских генетиков, независимо от их ведомственной принадлежности. Для этого мы организовали выход нескольких научных журналов. Второе важное направление нашей деятельности – организация различных научных форумов генетиков и селекционеров (тематических конференций, симпозиумов, съездов). Но самым важным, на мой взгляд, является направление, связанное с повышением качества образования.

Вся наука начинается с образования, со школьной парты, за которой в свое время сидел каждый из нас. А качество его во многом зависит от учебников. Поэтому мы постоянно мотивируем членов нашего общества писать такие учебники. Например, под моей редакцией были подготовлены два школьных учебника – обычный и для углубленного изучения. Первый выдержал уже 20 переизданий…

Сегодня многие ведущие генетики страны трудятся в институтах Сибирского отделения РАН. Поэтому не удивительно, что президентом ВОГИС является экс-директор Института цитологии и генетики СО РАН академик Владимир Шумный. А в оргкомитете съезда широко представлена «сибирская фракция». Один из них - д.б.н., профессор Павел Бородин (ИЦИГ СО РАН) – поделился с нами своими ожиданиями от съезда:

– Я также надеюсь, что съезд поможет  преподавателям ВУЗов познакомиться с современными достижениями эволюционной биологии, узнать, что вопреки утверждениям большинства наших СМИ эволюционная идея вовсе не опровергнута современной наукой (британскими, японскими, российскими учеными). Все как раз наоборот – эволюционная идея стала стержнем современной биологии.

Другая важная задача съезда носит организационный характер. Начавшаяся реформа РАН удручает многих ученых. Но они так же понимают, что бросить дело на самотек нельзя. Произошли серьезные изменения. Создана новая объединенная Академия с одной стороны, и ФАНО с другой. И теперь надо работать в условиях этой совершенно иной организационной системы, выстраивать горизонтальные связи в новых условиях. В этих условиях такие общества, как ВОГиС, могут и должны брать на себя больше интегрирующих функций. Выработать эту новую стратегию и должен съезд.

В общем, тем для обсуждения накопилось немало, как научных, так и организационных. Не зря несколько дней съезда должны вместить более сотни докладов и выступлений в нескольких секциях. Очевидно, что организовать и провести такое мероприятие совсем не просто. Однако хозяева съезда – ученые Южного научного центра РАН – настроены оптимистично.

- У руководителей Вавиловского общества генетиков и селекционеров, естественно, был выбор где проводить Съезд., - рассказал чл.-корр. РАН Дмитрий Матишов (Институт аридных зон ЮНЦ РАН). -   Несомненно, они тщательно подошли к отбору организаторов Съезда, а поскольку их выбор остановился на нашем Институте - мы восприняли это, как признание наших научных достижений. Для нас это почетная миссия. Конечно, в подготовке съезда принимал участие не один десяток человек, причем не только из Ростова, но из ведущих  академических научных центров Новосибирска, Томска, Москвы, Санкт-Петербурга. Ресурсы (как человеческие, так и финансовые) были затрачены значительные.

Съезд ВОГИС, несомненно, масштабное мероприятие, но не сопоставимое с Чемпионатом мира по футболу 2018 года,  к проведению которого Ростов только готовится. И если пока еще есть сомнения в том, что Ростов сможет достойно подготовиться к проведению ЧМ по футболу, то в отношении Съезда ВОГИС мы абсолютно спокойны!

- Насколько важно для Ростова проведение этого Съезда?!

- А как можно ответить - насколько важно для страны проведение Олимпиады?! Это серьезная проверка и своего авторитета и своих организаторских способностей. Мы искренне надеемся, что все задуманное у нас получится, что Съезд поможет нам показать свои возможности и откроет перспективы для новых связей и сотрудничества. Поможет ли это развитию научной жизни в Ростове?! Уж во всяком случае - это не помешает!

Что же, продолжая мысль Дмитрия Геннадьевича, можно вспомнить, что Олимпиада принесла нашей стране яркий успех. И понадеяться, что ростовский съезд генетиков и селекционеров страны окажется не менее успешным.

Георгий Батухтин

Волонтеры Сибирского экологического центра установили веб-камеру в совятнике. За жизнью семейной пары длиннохвостых неясытей и трех их птенцов можно было наблюдать в он-лайн режиме почти полтора месяца. Сейчас совята уже слетели с гнезда, камеру сняли, но записи остались доступны всем желающим. О самых интересных моментах этих месяцев нам рассказала Александра Егорова, сотрудник Сибирского экологического центра, которая не только сама пристально следила за совиной жизнью он-лайн, но и отвечала на вопросы зрителей.

Длиннохвостая неясыть – птица необычайно красивая, но редкая. Не зря этот хищник внесен в Красную книгу Новосибирской области. Экологи считают, что причин исчезновения сов несколько, в том числе вырубка лесов, уменьшение количества тихих уединенных мест и т.д. По сути, большинство этих причин сводится к одной – выводить птенцов негде.

Совятники (искусственные гнезда для сов) сотрудники Сибэкоцентра и орнитологи любители Академгородка устанавливают не первый год. В этом году орнитолог Игорь Карякин озвучил весьма необычную идею – он предложил установить в гнезде IP-камеру и понаблюдать за скрытой от человека в обычных условиях частной жизнью сов. Так, из совятника в окрестностях реки Издревой и началось круглосуточное вещание. Финансовые затраты на себя взял фотограф-анималист, волонтер Сибэкоцентра Максим Костин, инженерно-техническое исполнение взял на себя Михаил Пчельников, непосредственно установкой занимались руководитель центра реабилитации хищных птиц Александр Милежик, Андрей Томиленко и Евгений Книжник. Это было первое он-лайн вещание из гнезда дикой совы в России.

«Первое на что обращают внимание зрители и что их очень удивляет, это то факт, что совы оказывается не ухают. Они издают звуки больше похожие на чириканье, щебет или клацанье, - опровергает самые популярные мифы Александра Егорова.

- Во вторых, многие были уверены, что сова весь день спит в гнезде, - продолжает она. -   В реальности совы любят сидеть на окошечке, на ветке рядом с гнездом или на самом гнезде: на солнышке, чтоб все вокруг было видно. С точки зрения охоты, ночь – это горячая пора. Но при возможности, они не упускают добычу и днем.

Самыми трогательными за весь период наблюдения Александре показались непосредственно взаимоотношения внутри семьи между родителями. «Сначала самец очень трогательно за самочкой ухаживал, кормил ее, холил и лелеял. Чем лучше совы своих самочек кормят, тем больше яиц будет. Потом самочка на яйцах сидела и тоже охотиться не могла. Ну и пока птенцы маленькие, она тоже к ним как привязанная – охота целиком на папочке. Интересно, что весь этот период самочка с самцом переговаривались, пока он охотиться недалеко. Когда птенцы подросли, отец в гнездо не залетает – покричит, чтобы мамочка вылетела и добычу взяла. Но даже когда он в гнездо добычу приносит, то с птенцами папочка не церемонится – кинул, улетел, через полчаса следующую принес. Через некоторое время самочка стала тоже вылетать на охоту. В первый раз, когда она улетела, зрители очень волновались – почему ее так долго нет. Очень грустно выглядел младший птенец, когда слетели из гнезда два старших – сидит такой печальненький, играть не с кем, болтать не с кем…»

Экологи уверяют, что даже за подросшими и вылетевшими из гнезда птенцами, родители будут еще долго ухаживать. А птенцы в свою очередь обычно не отлетают сразу от совятника далеко.

Александра признает, что IP-камера преследовала в первую очередь просветительские интересы, а не научные. «Но многие люди, случайно или специально зашедшие на наш сайт, оставались следить за частной жизнью сов. Думаю, они многое узнали. Я и сама не ожидала, что совята настолько мимишные». В научных целях сов, в том числе и из совятника с камерой, волонтеры Сибэкоцентра окольцевали – это позволит узнать их дальнейшую судьбу и отследить перемещения.

На следующий год экологи планируют установить камеры вновь.

Юлия Черная

Эта тема, пожалуй, была одной из главных на прошедшем Международном форуме «Технопром – 2014». Ради поиска ответа на этот актуальный вопрос был организован весьма солидный «круглый стол», где представители Минобрнауки, руководитель ФАНО, директора предприятий и статусные ученые пытались прийти к единому знаменателю. Обсуждение прошло дружно, чинно и как будто интересно. Со стороны казалось, что диалог удался, что власть прекрасно слышит ученых и производственников. Во всяком случае, глава ФАНО Михаил Котюков – главная фигура мероприятия – постоянно задавал вопросы и что-то записывал у себя в блокнотике. В результате создавалось впечатление, что разговор этот даром не пройдет (в хорошем смысле). 

Наверное, журналисты именно так и подумали. А как, интересно, восприняли мероприятие сами ученые?

Я специально поговорил на эту тему в кулуарах с директорами институтов и ведущими специалистами, не понаслышке знающими о проблеме разрыва между наукой и производством. Их реакция на мероприятие была практически одинаковой. Кто-то просто делал красноречивый жест рукой, не желая ничего говорить, кто-то добавлял к этому жесту одну до боли знакомую фразу: «Очередная болтология…». Очередная!

Был и развернутый ответ: «Все прекрасно понимают истинную причину. Просто чиновникам не в интересах ее озвучивать, а ученые – в силу своего воспитания – стесняются сказать об этом публично, чтобы никого не обидеть». На вопрос: «А в чем же эта причина?» - собеседник постучал указательным пальцем себе по лбу: «Главная причина - здесь!», - загадочно произнес он.

Я постараюсь расшифровать этот полунамек, поскольку он действительно к месту. Для начала оценим общий посыл, идущий от чиновников. Точнее, сам ракурс, в котором они освещают проблему. Формулируется проблема просто. Михаил Котюков описал ее так: ученые жалуются на то, что производственники не интересуются новыми разработками, а производственники заявляют, что об этих разработках ничего не знают. Действительно ли это так или здесь имеет место информационный разрыв? Если проблема в информационном разрыве (к чему, похоже, склоняются многие эксперты), то имеет смысл создать некие институты, чьей задачей станет налаживание взаимодействия между наукой и производством. Это могут быть либо  отдельные организации, либо какие-то специальные подразделения в составе научных учреждений.

В общем, мысль чиновника направляет наше внимание как раз в такое, вполне предсказуемое русло. Мол, нам  не хватает инструментов. Давайте их создадим, выделим бюджеты… Понятно. Подход знакомый. Как решить проблемы экологии? Создать министерство по экологии! Как решить проблему подростковой преступности? Создать комиссию по подростковой преступности. Как решить проблему коррупции? Создать комитет по борьбе с коррупцией. Нет, я не спорю – инструменты необходимы. Только для начала стоило бы поставить простой обывательский вопрос: а как же это мы докатились до жизни такой?

В принципе, очень легко объяснить ситуацию тем, что наши ученые не дорабатывают по части маркетинга, пиара своих разработок, плохо ориентируются в рыночных условиях, не умеют грамотно выстраивать коммуникации с производственниками, не правильно выстраивают свои исследовательские стратегии. Отсюда и проблемы. И надо, чтобы кто-то профессионально занялся их решением. Доля правды в этом есть, конечно же. Но далеко не вся правда. В принципе, среди пожилых сотрудников академических институтов еще сохраняются ностальгические переживания по славным советским временам, когда было все понятно, когда государство само ставило задачу и следило за ее решением, выделяя для этого необходимый материальный ресурс. Понятно, что сейчас былую социалистическую идиллию уже не вернуть, хотя многие надеются на то, что программа модернизации вооруженных сил окажет институтам хоть какую-то поддержку.

Естественно, речь в нашем случае идет о тех разработках, что должны быть востребованы на свободном рынке, в «гражданке». И здесь совершенно очевидна для нас одна простая вещь. Если разработка не имеет никакой реальной ценности для производителей, то здесь никаким пиаром, никаким маркетингом делу не поможешь. Поэтому мы имеем в виду именно то, что действительно ценно, что вписывается в современные тренды, что может на самом деле содействовать технической модернизации. И вот когда ТАКИЕ  разработки не находят спроса у отечественного производителя, тогда действительно возникают вопросы. Но только ли ученые ответственны за то, что ценные разработки оказываются невостребованными, мало того – совершенно неизвестными нашим производственникам?

Подчеркиваю, можно сослаться на информационный разрыв. Однако как, в таком случае, объяснить, что китайцы, например, все у нас разведали и «разнюхали», пытаясь пролезть даже туда, куда их не особо-то и пытались пускать? Почему китайских производственников разработки новосибирских ученых интересуют, а новосибирские производственники иной раз  о них и не подозревают?

Напомним еще раз об экскурсии депутатов нашего Заксобрания и Горсовета по институтам Академгородка. Сколько там было «откровений» - «А мы даже не догадывались!». Вас тут ничего не удивляет? А меня удивляет. В депутатском корпусе есть комитеты и комиссии, занимающиеся вопросами науки и производства. Получается, что деятельность наших ученых не особенно-то их интересовала. Не так ли?

Вспомним оживление одного депутата, являющегося руководителем известного в Новосибирской области интегрированного холдинга. Конечно, это замечательно, что он с нескрываемой радостью обратился к отечественным разработчикам. Но разве не странно, что до этого наш производственник в течение двадцати лет объездил Пол-Европы в поисках технологий и оборудования. А в Академгородок заглянуть было недосуг. Парадоксально, что в то же самое время руководители институтов Академгородка объездили полмира, чтобы найти заказы на свои разработки. Так и живем.

 С другой стороны, не стоит преуменьшать возможности институтов по самостоятельному взаимодействию с производственниками. Опыт здесь нарабатывается, и есть вполне ощутимые успехи. Часть разработок все-таки внедряется, в том числе и в нашей стране. И здесь вырисовывается еще одна проблема, упускаемая из виду чиновниками от науки. Так, из-за дурацких правил, частным предприятиям бывает не очень-то выгодно в открытую вкладываться в НИОКР. И не потому, что они могут понести риски, а потому, что государство стремится их в этом вопросе слегка «нагреть», «отщипнуть» лишний кусочек. Дескать, ежели хотите чего-то получить ради собственной выгоды с наших государственных научных учреждений, то и раскошеливайтесь по полной. У нас задешево не купишь. Так что иногда бывает выгоднее купить готовенькое за рубежом, чем вкладываться в отечественное. Ни ученым, ни производственникам такие «ханыжные» подходы здесь совсем не нужны. Но российская чиновничья братия смотрит на эти вещи иначе. И вряд ли в связи с реформой РАН в этом плане что-то поменяется. Скорее, бюрократической дури станет еще больше.

Уже неоднократно высказывалось, что процесс производственной модернизации невозможен без ясно выраженной государственной технической политики. Не имея четкого представления о государственных приоритетах в этой области, бизнес вряд ли рискнет вкладывать деньги во внедрение новых разработок. Пока же государственная политика формулируется просто: продаем нефть и газ, а на вырученные деньги покупаем за рубежом то, что нам нужно. В том числе и новые технологии. Аналогичным образом ведут себя многие российские производственники, фактически перенимая у государства сам характер отношения к отечественной науке. Пока еще в этом плане ничего не поменялось. И даже нет ни малейших признаков, что такие перемены грядут.

Спрашивается, решит ли что-либо в сложившихся условиях создание новых организаций, призванных устранять упомянутый «информационный разрыв»? А в нем ли, собственно, дело? Очень верно подметил один из участников «круглого стола»: «Почему в Америке компания «Майкрософт» поддерживает своими деньгами чистых математиков – при том, что их работа никуда не внедряется? А вот что может сделать для отечественной чистой математики «Уралвагонзавод»?». Вопрос был направлен по адресу – прямо руководителю названного предприятия (которое с определенных пор у всех на слуху). К сожалению, представитель «Уралвагонзавода» ушел от ответа. Точнее, сделал вид, что этого вопроса он не услышал, выдав публике что-то пространное, но зато очень возвышенное.

Олег Носков

Физики ищут выходы за пределы Стандартной модели.
Недавно коллаборация физиков EXO-200 (Enriched Xenon Observatory — Обсерватория с обогащенным ксеноном), в которую входят ученые из США, Канады, России, Китая, Южной Кореи и Германии, опубликовала статью в журнале Nature, в которой сообщила об отрицательном результате поиска майорановских нейтрино. Обнаружение таких частиц позволило бы ученым выйти за пределы Стандартной модели, поскольку само существование гипотетических частиц нарушает законы сохранения для некоторых квантовых чисел (в данном случае — лептонного заряда). Редакция «Ленты.ру» решила выяснить, что представляют из себя эти частицы и к каким последствиям для Стандартной модели приведет их возможное открытие.

В природе нейтрино распространены столь же широко, как и фотоны — кванты электромагнитного поля. Нейтрино образуются в недрах Солнца (солнечные нейтрино) и других звезд при ядерных реакциях и в результате распадов пионов и каонов в верхних слоях атмосферы Земли под влиянием космического излучения (атмосферные нейтрино).
Однако, нейтрино чрезвычайно мало взаимодействует с веществом, что делает труднодоступным возможность его наблюдения: длина свободного пробега в воде такой частицы может достигать порядка ста световых лет. Для того чтобы зафиксировать нейтрино, необходимы сверхчувствительные экспериментальные установки, отсекающие другие фоновые процессы, которые могут мешать регистрации нейтрино.

Законы сохранения

Лептонные и барионные числа, в отличие от, например, электрического заряда, не являются источниками дальнодействующего калибровочного поля (в случае электрического заряда — электромагнитного поля). В этом смысле законы сохранения для них не являются такими «фундаментальными», как, скажем, закон сохранения электрического заряда или закон сохранения энергии и импульса. В настоящее время ученые проводят эксперименты по обнаружению майорановских нейтрино, целью которых является проверка различных гипотез и ограничений на расширения Стандартной модели, в том числе суперсимметричные и с дополнительными пространственными измерениями.

В рамках эксперимента ученые искали следы безнейтринного двойного бета-распада изотопа ксенона Xe-136. В результате такого процесса электрический заряд ядра ксенона увеличился бы на две единицы и произошло бы испускание двух бета-частиц — двух электронов.

Специалисты из EXO-200 представили данные за последние два года исследований, согласно которым физикам не удалось наблюдать следы такого процесса. Вместе с этим ученые оценили нижний предел для периода безнейтринного полураспада Xe-136 в 1025 лет — это в миллион миллиардов раз больше времени существования Вселенной. Масса нейтрино по-прежнему оценивается десятыми долями электронвольт.

Физики искали следы майорановских нейтрино в лаборатории, расположенной в Нью-Мексико в США на глубине 650 метров под землей, что позволило уменьшить влияние фонового космического излучения и естественной радиации Земли. В эксперименте EXO-200 ученые использовали жидкий ксенон, который был обогащен до 80,6 процента изотопа Xe-136.

Двойной бета-распад — разновидность радиоактивного распада, при котором зарядовое число ядра увеличивается на две единицы. В результате масса ядра практически не меняется, а дополнительно образуются два электрона и два электронных антинейтрино. В отличие от обычного бета-распада, двойной бета-распад является самым редким из радиоактивных распадов: для всех 11 нуклидов, у которых наблюдался такой процесс, период полураспада более чем 7x1018 лет.

Сегодня существует много установок, пытающихся обнаружить нейтрино и связанные с ними осцилляции и безнейтринные ядерные реакции. Например, в России на озере Байкал с 1993 года на глубине более километра функционирует нейтринный телескоп НТ200, который предназначен для поиска нейтрино высоких энергий и некоторых гипотетических объектов, таких, как, например, магнитные монополи.

Частица

Существование нейтрино предсказал в 1933 году Вольфган Паули; это позволило ученому добиться выполнения закона сохранения энергии в реакции бета-распада. Данная ситуация является общей в физике элементарных частиц: если в каком-то процессе нарушается какой-то из законов сохранения, то, скорее всего, не была учтена некоторая частица, и ученые пытаются ее обнаружить. Впервые электронные нейтрино были обнаружены в 1956 году командой Фредерика Райнеса, который в 1995 году за свое открытие был удостоен Нобелевской премии.

Нейтрино — элементарные частицы, участвующие в короткодействующих слабых (и, вероятно, в гравитационном) взаимодействиях, и образующие, вместе с электроном, мюоном и таоном, три поколения лептонов. Квантами слабого взаимодействия являются калибровочные заряженные W± и нейтральный Z0 бозоны; время жизни заряженных лептонов, кроме электрона, чрезвычайно мало, например, для мюона оно составляет 2,19703(4)x10-6 cекунд.
В Стандартной модели каждое поколение лептонов состоит из двух частиц (или четырех, если считать античастицы): заряженного массивного лептона (электрон, мюон и таон) и соответствующих нейтрино (электронного, мюонного и тау-нейтрино). Соответственно трем типам нейтрино Стандартной модели отвечают три закона сохранения квантовых чисел (флейворных лептонных чисел): электронного, мюонного и таонного, а сумма одних и тех же квантовых чисел частиц до и после реакции должна быть неизменной.

Тау-нейтрино была предпоследней открытой частицей (последняя — бозон Хиггса), существование которой предсказала Стандартной моделью. Частица была обнаружена в 2000 году коллаборацией DONUT (Direct Observation of the Nu Tau — Прямое наблюдение тау-нейтрино).

В безнейтринном двойном бета-распаде, попытки наблюдения которого предпринимались учеными в эксперименте EXO-200, не образуются нейтрино (или антинейтрино). Для этого необходимо, чтобы нейтрино были майорановскими частицами (то есть частицами, античастицы которых совпадают с частицами), и имели отличную от нуля массу. В Стандартной модели безнейтринный двойной бета-распад нарушает закон сохранения (общего) лептонного числа. Так, если в двойном бета-распаде образуются по две частицы и античастицы (например, два электрона (лептонный заряд равен +2) и два электронных антинейтрино (лептонный заряд равен -2)) и закон сохранения лептонного числа сохраняется (0=+2-2), то в безнейтринном двойном бета-распаде могут образоваться только, например, два электрона, и закон сохранения лептонного числа оказывается нарушенным (0≠+2).

В первоначальной версии Стандартной модели нейтрино были безмассовыми, однако, данные по нейтринным осцилляциям, полученным в серии экспериментов с солнечными, атмосферными и реакторными нейтрино, говорят в пользу того, что нейтрино имеют массу, и могут превращаться друг в друга (осциллировать). Поэтому в настоящее время имеет смысл говорить о законе сохранения общего лептонного числа.

Впервые идею о нейтринных осцилляциях выдвинул в 1957 году советско-итальянский физик Бруно Понтекорво. В 2010 году коллаборация OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) сообщила о обнаружении свидетельств того, что мюонные нейтрино превращаются в тау-нейтрино.

Теоретически нейтринные осцилляции включаются в Стандартную модель матрица Понтекорво-Маки-Накагавы-Сакаты, элементы которой содержат так называемые углы смешивания, среди которых есть и такие, которые могут сделать нейтрино майорановскими частицами.

В веществе осцилляции нейтрино обусловлены эффектом Михеева-Смирнова-Вольфенштейна, который предложили в 1976 году американец Линкольн Вольфенштайн и в 1986 году советские физики Станислав Михеев и Алексей Смирнов. Явление заключается в том, что при движении нейтрино в веществе окружающие его лептоны индуцируют появление у частицы так называемой эффективной массы, которая зависит от типа нейтрино и плотности лептонов в среде. Если массы нейтрино равны нулю или совпадают, то такого процесса быть не должно.

Темная материя

Если в Стандартную модель ввести майорановские нейтрино, то оказывается возможным существенно продвинуться в объяснении сразу трех вопросов современной космологии: нейтринных осцилляций, проблемы темной материи и наблюдаемой асимметрии вещества и антивещества.
Из небаринной темной материи (скрытой массы), по данным WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), состоит более пятой части Вселенной. С ней связаны космологическая постоянная (или лямбда-член в уравнении Эйнштейна) и наблюдаемое распределение барионного вещества во Вселенной.

Эта субстанция никак не проявляет себя в электромагнитных взаимодействиях: современные астрономические спектрометры ее не видят. Однако, данные о движении галактик и других космических объектов свидетельствуют о наличии во Вселенной массивных образований: темная материя, по-видимому, из известных фундаментальных взаимодействий (сильном, слабом, электромагнитном и гравитационном) участвует только в гравитационном.

Нейтрино, по-мнению многих ученых, является подходящим кандидатом на роль частиц горячей темной материи — таких частиц скрытой массы, которые движутся с околосветовыми скоростями. На роль же частиц холодной темной материи (движущихся намного медленнее нейтрино) предлагается целый зоопарк экзотических частиц, в том числе ряд частиц-суперпартнеров известных частиц Стандартной модели.
Нейтрино, подобно темной материи, участвует в дальнодействующем гравитационном взаимодействии и слабо взаимодействуют с веществом; кроме того, нейтрино является экспериментально открытой частицей — все это делает лептон идеальным кандидатом на роль частицы темной материи. Нейтрино так же много в космосе, как и фотонов, но, отличие от последних, первые, скорее всего, имеют ненулевую массу, которой может оказаться достаточно для того, чтобы объяснить природу темной материи.

Кроме легких нейтрино, ученые предполагают существование четвертого типа нейтрино — тяжелых (стерильных) нейтрино, с массами до десятков гигаэлектронвольт. Такие частицы, предположительно, не участвуют в слабом взаимодействии.

Некоторые ученые выдвигают стерильные нейтрино в качестве кандидатов на роль частиц теплой темной материи, занимающей промежуточное положение между холодной и горячей материями.

Суперсимметричная Стандартная модель

Массивные нейтрино, как и их суперпартнеры — снейтрино, входят в состав многих расширений Стандартной модели, прежде всего, суперсимметричных. В суперсимметрии число частиц удваивается за счет того, что каждой известной частице ставится в соответствие ее частица-парнер. Например, для фотона — фотино, кварка — скварк, хиггса — хиггсино и так далее. Суперпартнеры должны иметь значение спина, на полуцелое число отличающееся от значения спина у исходной частицы — это означает, что у суперпартнеров другая квантовая статистика (частица-бозон имеет суперпартнером фермион и наоборот).

Математически частица и суперчастица объединяются в одну систему (супермультиплет); все квантовые параметры и массы частиц и их партнеров в точной суперсимметрии совпадают. Считается, что в природе суперсимметрия нарушена, что привело к тому, что массы суперпартнеров значительно превышают массы их частиц.

В простейшем суперсимметричном расширении Стандартной модели — Минимальной суперсимметричной Стандартной модели (МССМ), вместо одного нейтрального бозона Хиггса Стандартной модели появляются пять состояний бозонов Хиггса: два заряженных и три нейтральных бозона. Сектор суперсимметричных частиц гейджино, который включает в себя беззарядовые снейтрино, зино (суперпартнер Z0-бозона) и хиггсино, вместе с нейтрино позволяет значительно расширить возможности для поиска кандидатов на роль частиц темной материи.

Кроме этого, модель МССМ могла промочь продвинуться в разрешении ряда принципиальных трудностей физики элементарных частиц, например, в проблеме иерархии масс и барионной асимметрии Вселенной. В первом случае ученых интересует ответ на вопрос о большом разбросе значений масс у фермионов, а во втором ученые пытаются получить ответы на вопрос о причине, почему в природе на одну античастицу приходится около десяти миллиардов частиц.

В настоящее время на основе МССМ построено множество вариантов суперсимметричных обобщений Стандартной модели. Основным недостатком такого подхода является резкое увеличение числа параметров теории: вместо примерно 20 свободных параметров в Стандартной модели (значений фундаментальных констант), в МССМ имеется около ста таких параметров, значения которых остаются неясными (если такие параметры вообще имеют место в природе).

Поэтому физики исследуют специальные сценарии, в которые заключены специальные пространства значений параметров (массы частиц и значения улов смешивания в матрицах типа матрицы смешивания кварков Каббибо-Кобаяши-Маскавы и матрицы смешивания нейтрино Понтекорво-Маки-Накагавы-Сакаты), позволяющие провести эксперименты для обнаружения следов суперсимметричных частиц. В ходе последних экспериментов на Большом адронном коллайдере для МССМ были получены достаточно сильные ограничения на параметры теории, однако для моделей на ее основе еще существуют большие возможности.

Суперсимметричная Стандартная модель, как и исходная теория, является примером низкоэнергетической феноменологии. Это один из немногих способов проверить идею суперсимметрии, используя энергии порядка 104 гигаэлектронвольт, доступные на коллайдере в ЦЕРНе. Теория струн, или M-теория, описывает физику на планковских масштабах энергий для масс частиц порядка 1019 гигаэлектронвольт, и недоступна для прямого тестирования на современных ускорителях.

6 июня 2014: вице-премьер Правительства РФ Дмитрий Рогозин принял участие в форуме «Технопром» в Новосибирске. РИА Новости цитирует высказывания Рогозина о научно-технической политике и об Академии наук.

Россия должна кратно повысить коэффициент полезного действия Академии наук (РАН), считает вице-премьер Дмитрий Рогозин.

«В целом сегодня отдача от РАН, несмотря на огромный интеллектуальный потенциал, невысока. Обычно работы ведутся конкретными учеными, для которых сейчас главное — публикация по итогам научной работы. Вышла публикация, положили ее в ящик стола и забыли. Это неправильно», — сказал Рогозин журналистам в пятницу в Новосибирске.

По его словам, необходимо кратно повысить КПД РАН и в целом научных организаций России. «Для этого мы должны не просто давать возможность науке развиваться, но и показать, что государство хочет от науки, сформировать целеполагание», — сказал вице-премьер.

России в настоящее время необходимы новые материалы и «уникальные решение традиционных проблем в различных сферах», отметил Рогозин.

«Но государство должно сказать об этом РАН, в том числе и в оборонной сфере, сформировать программу документальных и прикладных научных исследований, профинансировать ее, определить головные научные организации с возможностью влиять на кадровую политику в Академии наук», — сказал он.

Вице-премьер РФ Дмитрий Рогозин считает необходимым создание в стране аналога Госкомитета по науке и технике, который существовал в СССР.

«Надо думать над тем, чтобы двигаться по пути воссоздания некого аналога того, что существовало в СССР, — Госкомитет по науке и технике. Как это создать в новых условиях? Я буду советоваться с председателем правительства на сей счет. Но в целом нам это необходимо делать», — сказал он журналистам в Новосибирске на форуме «Технопром».

Рогозин отметил, что, в частности, когда он приезжает в Сибирь и общается с сибирским отделением РАН, то открываются уникальные изобретения, которые не имеют должной востребованности и реализации. «Наука существует сама по себе, а производство само. Если мы не перекинем мостик, то мы по-прежнему будем в инертном состоянии», — сказал вице-премьер.

«Лишний раз убеждаюсь, что все наши уникальные изобретения могут утекать за границу, и сегодня надо быть более расторопными, чтобы технологически их применить на новом производстве. Это самая большая проблема и самый серьезный вывод от работы форума в Новосибирске. Надо принимать решения», — сказал он.

Государственный комитет Совета Министров СССР по науке и технике (ГКНТ СССР) — орган государственного управления СССР, проводивший государственную политику в сфере научно-технической деятельности. Действовал с 1948 по 1991 год.

Госкомитет определял основные направления развития науки и техники, организовывал разработку важнейших, имеющих общегосударственное значение научно-технических проблем, курировал внедрение в производство открытий, изобретений и результатов исследований. Также он участвовал в составлении планов финансирования научно-исследовательских разработок и развития материальной базы науки.