Не думай об аттосекундах свысока

Лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине стали биохимики Каталин Карико и Дрю Вайсман. Награду им присудили за разработку технологии, которую использовали при создании мРНК-вакцин. В разгар пандемии коронавируса такое лекарство производили компании Pfizer и Moderna, что помогло спасти миллионы жизней.

Технология нацелена на создание искусственной матричной РНК (мРНК) с заранее определенными характеристиками. Если она вводится в организм человека, клетки начинают производить необходимые белки. Среди них возникают антитела к патогенам. На стадии ранних экспериментов выяснили, что транскрибируемая мРНК in vitro (в пробирке) способствует нежелательным воспалительным реакциям. Выработка искомого белка в клетках и тканях оказалась неэффективной.

Всё изменило открытие Карико и Вайсмана. Они продемонстрировали, что если получить мРНК с модифицированными основаниями, то врожденный иммунитет не реагирует на нее как на чужеродную и потенциально опасную молекулу. Модификации не только позволяют избежать воспаления. На модифицированной мРНК синтезируется значительно больше белка. Это открытие имело решающее значение при создании вакцины, которая оказалась пригодной для клинического использования во времена пандемии. Новый коронавирус активизировал разработки РНК-вакцин, которые вскоре вышли на биотехнологический рынок. Компании, занимающиеся созданиeм такиx лекарств, обещают в ближайшем будущем сделать подобные вакцины против целого ряда инфекционных болезней, в том числе против малярии, туберкулеза и лихорадки Эбола.

Карико родилась и выросла на востоке Венгрии, в городке Кишуйсалаш. Ее мать была бухгалтером, отец – мясником. Еще с начальной школы будущая нобелевская лауреатка интересовалась наукой, заняла третье место на венгерской олимпиаде по биологии. Докторскую степень получила в Сегедском университете. Затем работала в Институте биохимии Венгерской академии. В 1985 г., когда ее лаборатория лишилась финансирования, онa вместе с мужем и двухлетней дочерью уехала в США.

Дрю Вайсман родился в Лексингтоне (штат Массачусетс, США) в еврейско-итальянской семье. Получив докторскую степень по микробиологии в Бостонском университете в 1987 г., он сразу же занялся разработкой вакцин. Супруга Вайсмана на вопросы друзей о том, над чем работает Дрю, всегда отвечала, что он, как обычно, спасает мир.

 

Путь во внутриатомный мир

Нобелевскую премию по физике присудили Пьеру Агостини (Университет штата Огайо, США), Ференцу Краусу (Институт квантовой оптики имени Макса Планка, Германия) и Анн Л'Юилье (Лундский университет, Швеция) за исследования в области аттосекундной физики, которые открывают новые способы изучения внутриатомного мира. Используя очень короткие, длительностью порядка 10-18 с, импульсы света, можно исследовать поведение электронов внутри атомов и молекул в реальном времени.

В 1987 г. Л'Юилье работала в Центре ядерных исследований Сакле (Франция) и выяснила, что при пропускании инфракрасного лазерного света через инертный газ возникает множество различных световых гармоник, в том числе и очень высокой частоты. Они вызваны взаимодействием лазерного света с атомами газа. Это дает некоторым электронам дополнительную энергию, которая затем излучается в виде света. С 1994 г. Л'Юилье работает в Швеции, где в Лундском университете возглавила группу аттосекундной физики. В 2003 г. Л'Юилье с коллегами получила самый короткий на тот момент лазерный импульс длительностью 170 аттосекунд.

Агостини в 2001 г. удалось создать и исследовать серию последовательных световых импульсов, каждый из которых длился всего 250 аттосекунд. Тогда же он с коллегами разработал метод RABBITT (Reconstruction of Attosecond Beating By Interference of Two-photon Transitions – pеконструкция аттосекундного биения путем интерференции двухфотонных переходов). Mетодика сейчас широко применяeтся при изучении сверхбыстрых процессов в веществе.

Ференц Краус в том же 2001 г. совместно с группой исследователей впервые сгенерировал и измерил одиночный аттосекундный световой импульс длительностью 650 аттосекунд и использовал его для наблюдения за поведением электронов в атомах. Так родилась новая области физики – аттофизика. Работы Крауса привели к созданию специального сверхчувствительного измерительного оборудования, которое позволило отслеживать в реальном времени такие процессы, как создание туннельного эффекта в результате деформации электростатического поля, перенос носителей заряда, запаздывающая фотоэмиссия, движение валентных электронов.

Л'Юилье родилась в Париже. Получила степень магистра теоретической физики и математики. Экспериментальной физикой увлеклась, когда работала над докторской диссертацией во Французской комиссии по альтернативным источникам энергии и атомной энергии.

Агостини родился в Тунисе, когда будущая независимая страна находилась под французским протекторатом. Пьер начал с математики, а со временем стал заниматься физикой. Докторскую степень получил 1968-м в Университете Экс–Марсель (Франция). Затем, до 2002 г., работал во Французской комиссии по альтернативным источникам энергии и атомной энергии. В 2005 г. Агостини вступил в должность профессорa физики в Университетe штата Огайо.

Ференц Краус родился в Венгрии. Закончил Будапештский технологический университет и долгие годы работал в нем в качестве профессорa. В 2003-м Крауса назначили директором Института квантовой оптики имени Макса Планка (Германия).

 

«Неуловимый» эффект

Нобелевская премия по химии присуждена Мунги Бавенди, Луиcу Брюсу и Алексею Екимову за открытие и синтез квантовых точек. Новоиспеченным лауреатам удалось создать частицы настолько малые, что их свойства определяются квантовыми явлениями.

Пионером в области изучения квантовых точек оказался Екимов. Он первым смог продемонстрировать квантовые эффекты наночастиц хлорида меди. Екимов также определил, что размер частиц влияет на их цвет. В конце 1970-х – начале 1980-х он вместе с коллегами изучал в Государственном оптическом институте имени С. И. Вавилова (тогда Ленинград, СССР) стекла, содержащие коллоидные частицы хлорида серебра. В ходе экспериментов был получен «неуловимый» квантовый размерный эффект.

Не зная о работах Екимова, американская исследовательская группа, в которой состоял Брюс, изучала коллоидные частицы из полупроводников типа сульфида кадмия, оксида цинка или оксида титана, пытаясь найти эффективный фотокатализатор – вещество, которое под действием света может ускорять химические реакции. В результате нашли нечто иное: наночастицы проявили свою квантовую сущность. Они меняли свои свойства в зависимости от своего размера. Следом за успешным экспериментом появились теоретические выкладки Брюсa.

Бавенди в 1988 г., тогда начинающий ученый, устроился в лабораторию Брюса и стал заниматься эффективными методами синтеза квантовых точек. Получив необходимый опыт, Мунги перешел работать в Массачусетский технологический институт, где стал руководить собственной научной группой. Бавенди продолжал совершенствовать метод синтеза квантовых точек. В 1993 г. его группе удалось разработать такую методику и такие условия, при которых квантовые точки становились именно таковыми, какими их мечтали видеть ученые – аккуратными, правильной формы и, что наиболее важно, нужного размера.

Алексей Екимов родился в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург). В 1967-м окончил физический факультет Ленинградского государственного университета (кафедра молекулярной физики). С 1999 г. Екимов живет в США и работает в американской частной компании Nanocrystals Technology Inc.

Брюс родился в Кливленде (штат Огайо, США). Его семья часто переезжала. Луи заинтересовался химией и физикой еще когда учился в начальной школе. За свою карьеру он получил семь наград, не считая последней: в 2001 г. – премию Ирвинга Ленгмюра, в 2006-м – премию Вуда, спустя два года – премию Кавли, еще через год – премию Уилларда Гиббса, затем последовали премии Национальной академии наук США по химическим наукам, Петера Дебая и Бауэра.

Бавенди родился в Париже в семье выходцев из Туниса. Его отец был математиком. Семья некоторое время жила во Франции, затем в Тунисе, пока не решила эмигрировать в США. В 1982-м Бавенди окончил Гарвардский университет. Шесть лет спустя получил докторскую степень по химии в Чикагском университете. В Массачусетском технологическом институте работает с 1990 г.

 

«Материнский штраф»

Нобелевская премия по экономике присуждена Клаудии Голдин из Гарвардского университета за исследования разницы в зарплатe мужчин и женщин. Она ввела понятиe «материнский штраф» и ответила на вопрос, почему во все времена зарплата женщин ниже, чем y мужчин.

Голдин доказала, что, несмотря на модернизацию, экономический рост и увеличение доли занятых женщин в XX в., разрыв в доходах между женщинами и мужчинами практически не сокращался. Основными факторами при определении разрыва в заработной платe были образование и опыт, затем начали обращать внимание и на другие факторы: отрасль, должность и т. д. Голдин подчеркивает, что необходимо также учитывать семейные характеристики, в частности то, что женщины уходят в декрет и рожают детей. В этот момент и происходит то самое отставание, которое не дает женщинам получать зарплату, равную мужской.

Голдин также затронула вопрос демографических революций: женщины понимали, что хотят добиться профессиональных высот, выстраивать карьеры, поэтому откладывали материнство. Это привело к тому, что сейчас в экономически развитых странах мы наблюдаем тенденцию к снижению рождаемости.

Голдин родилась в Нью-Йорке в еврейской семье. Ее родители – Леон Голдин (был менеджером текстильной фабрики) и Люсиль Голдин (урожденная Розанская, работала директором средней школы). Клаудиa Голдин выросла в Бронксе, хотела стать археологом. В 1972 г. в Чикагском университете получила степень доктора философии в области экономики.

 

Сергей ГАВРИЛОВ