Он вам не коллайдер. Ученые объяснили, для чего им СКИФ: как он поможет лечить рак, «раздевать» мумий и искать золото
Первую часть СКИФа запустили в декабре 2024 года: синхротрон, которым коллективно пользуются ученые из разных областей, уже работает, но при этом его еще достраивают
С 27 по 29 августа в Новосибирске прошел XII международный форум «Технопром», на котором помимо чиновников и предпринимателей выступили и ученые. Они рассказали, как будут использовать Сибирский кольцевой источник фотонов: не только для фундаментальных исследований (это будет самой важной частью работы), но и в практических целях. Более того, мероприятие прошло в виде научного слэма — очень коротких докладов об областях, в которых будут использовать СКИФ, рассчитанных на самую широкую аудиторию форума. Послушала ученых и журналист НГС: как самая масштабная научная стройка Новосибирской области со времен Академгородка сможет изменить жизнь людей — в материале Анны Скок.
Научный слэм на «Технопроме» запланировали на главной сцене в фойе Экспоцентра, но на большое количество зрителей организаторы, похоже, не рассчитывали: установили всего около 40 стульев. Но если поначалу часть из них пустовала, к концу слэма за сидячими местами полукругом встала целая толпа: это было действительно интересно и за редчайшим исключением понятно даже последнему гуманитарию.
Часть выступлений была посвящена самому СКИФу и, кажется, рассчитана в первую очередь на подростков и недалеко ушедших от них журналистов. Мы наконец узнали, что для его работы нужно 2432 источника питания, а сравнивать СКИФ с коллайдером — некорректно. Ничего общего, кроме формы и размера у них нет.
Первую систему СКИФа, линейный ускоритель, запустили в декабре минувшего года. Тогда же мы подробно рассказали о том, как работает синхротрон
Если в первом физики в нужных местах сталкивают разогнанные до огромной скорости пучки элементарных частиц и смотрят, что из этого получилось, то в кольцевом ускорителе по кольцу периметром около 500 м по кругу движется ускоренный пучок и излучает частицы света — фотоны, среди которых можно будет рассмотреть тени молекул и даже атомов в разных проекциях. Так можно будет узнать о структуре частиц настолько маленьких, что рассмотреть их не получится даже в самый мощный оптический микроскоп.
«По-честному, на самом деле, на каждом специальном коллайдере тоже есть электронное излучение. Но пытаться при помощи этого излучения рассмотреть микрообъекты — это как поджаривать стейк в кастрюле: в принципе, возможно, но все-таки лучше для этого использовать специальный прибор», — пошутила научный сотрудник ИЯФ СО РАН и СКИФа Марина Арсентьева.
Падкая на емкие метафоры журналист решила, что если ей отныне придется еще раз писать про СКИФ, лучше пользоваться выражением «супер рентген» (так, по крайней мере, будет ближе по смыслу) и ждать, что ученые поправят ее хотя бы на следующий год.
Зачем рассматривать атомы и молекулы
Помимо самого удовольствия от факта открытия, как оно все в природе устроено, выступающие рассказали сразу о нескольких научных областях, исследователи которых выстроятся перед СКИФом в очередь (это будет центр для коллективной работы).
Медицина
Слово «рак» прозвучало сразу в трех докладах. Аспирант Института неорганической химии СО РАН Елена Крупович рассказывала, как СКИФ может помочь подбирать индивидуальное лечение для онкобольных. Старший научный сотрудник лаборатории цифровых управляемых лекарств и тераностики (подход, который объединяет диагностику и терапию) ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» Роман Морячков — о том, как в СКИФе в деталях будут рассматривать молекулы. Аспирант кафедры молекулярной биологии НГУ Егор Укладов — о предсказании структуры белка среди фотонов ускорителя.
«Молекулы-биомаркеры будут выделять [злокачественную] клетку из здоровой ткани человека и „перерубать“ только раковую опухоль, не касаясь здоровых тканей. Это поможет даже безоперационно излечивать раковые опухоли», — рассказал Роман Морячков.
Это, конечно, шутливые обобщение, но журналисты не смогли отказать себе в удовольствии проиллюстрировать, что можно будет найти при помощи синхротронного изучения
Идеальное изучение формы злокачественной клетки, ее параметров (а значит, и уязвимых мест) будут производить как раз с помощью синхротрона. Хотя таргетную терапию начали использовать с 1990 годов, метод постоянно совершенствуется и улучшается.
А еще, зная форму белка, можно его заблокировать, подобрав идеальную молекулу, которая просто не даст ему функционировать (именно на этом механизме работают препараты от коронавируса). Это — ключ к победе над самыми страшными вирусами: как атакующими людей сегодня, так и теми, которые только будут грозить человечеству будущими пандемиями.
Промышленность
Зная форму белка, можно вообще изменить его так, чтобы он работал в нетипичных и ненормальных условиях. Так уже получили пролонгированный инсулин и, как ни странно, современный стиральный порошок.
«Все из вас стирали стиральным порошком и видели в его составе цветные гранулы. Это белки-ферменты, которые разрушают жиры, углеводы и белки — все то, чем можно испачкать одежду. Но большинство белков работает при температуре живого организма, от 20 до 40 градусов. А мы стираем на 60, а хлопок — вообще на 90 градусах, да еще и в мыльном растворе, — приковал внимание всех слушателей преподаватель НГУ и сотрудник СКИФа Егор Укладов. — [Потому что] мы можем установить настоящую структуру белка, и с ней работать, чтобы этот белок изменить».
Кстати, «просветить» СКИФом можно не только части живого существа, но и образцы пород или отходов золотодобывающей промышленности — и таким образом поискать в них «невидимое» золото. Технически для этого необязательно использовать СКИФ, но в мощном потоке фотонов искать драгоценный металл получится гораздо быстрее (время исследования уменьшится до нескольких секунд) и точнее.
На СКИФе будет работать несколько исследовательских станций — не случайно же огромный прибор за 47,3 миллиарда рублей называется Центром коллективного пользования. И по соседству с медиками и биологами вполне могут искать золото
Ученые из Института гидродинамики имени Лаврентьева тоже будут рады поработать на СКИФе — там они смогут рассмотреть взрыв в замедленной съемке и идеально его изучить. В мирных целях, конечно: эта информация понадобится специалистам, например, при разработке авиационных двигателей.
Сделать тайное явным
Казалось бы, где Институт ядерной физики, а где динозавры, но именно ядерщики и вернули древних ящеров из детских библиотек в серьезную науку
Одно из, может быть, не самых полезных практически, но уж точно самых интересных использований излучения СКИФа анонсировала младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Дарья Дорохова. Сихротронное излучение поможет археологам, палеонтологам и историкам раскрывать древние тайны.
«Благодаря тому, что мы можем визуализировать внутреннюю структуру объекта с потрясающей точностью, причем не только маленького объекта, но и большого, в науку вернулись динозавры. Мы поняли, что они не только летали, но и были пернатые и даже цветные», — рассказала она.
На заре развития археологии мумий распаковывали просто ради развлечения. В эпоху этичных исследований, чтобы тщательно изучить объект, его не нужно повреждать
Заодно благодаря супер рентгену ученые выяснили, что «ужасные ящеры» совсем как люди страдали артритом и чем-то вроде ОРВИ (воспаление меняло структуру сначала живой ткани, а затем — и окаменелости).
«Также мы можем распаковывать мумии без разрушений: не доставая, не разбинтовывая. Мы можем узнать, чем они [при жизни] болели, как жили, рассмотреть их одежду, амулеты, понять, чем они питались, — продолжила Дарья Дорохова. — Даже можем раскрывать древние убийства».
Создание новых материалов
Судя по всему, одним из самых интересных исследований, для которых используют синхротрон, должно было стать исследование квантовой субатомики в материалах. Где-то на стадии окончания исследований это могло бы привести к появлению нанотехнологий, которые пока придумали только голливудские режиссеры.
Приведут ли исследования в СКИФе к появлению жидких терминаторов или суперматериалов из другой научной или ненаучной фантастики, мы пока не знаем
Рассказывал об этом действительно большой ученый, который занимается нанотехнологиями уже порядка 30 лет: доктор физико-математических наук, основатель и руководитель научной школы «Фундаментальные основы нанонаук и прорывные нанотехнологии конденсированного состояния» Сергей Безносюк. Судя по всему, Сергей Александрович привык обращаться к аудитории намного более умной и компетентной, нежели журналисты. Так что мы не очень поняли, что именно собирается просвечивать в СКИФе он — но на слово поверили, что это изменит науку.
Помимо научного слэма, на «Технопроме» можно было увидеть еще немало интересного. На выставке там представили футуристичные горные лыжи за четверть миллиона, а китайский робот отдыхал, пока люди работали.