Статтю про модель опублікували в журналі Nature, а також про розробку повідомляється в пресрелізі Google.

Як працює AlphaFold 3

Взаємодія білків — від ферментів, що відіграють ключову роль у людському метаболізмі, до антитіл, які борються з інфекційними захворюваннями з іншими молекулами, — є ключовим моментом у розробці та відкритті нових ліків.

Вивчення цих взаємодій за допомогою експериментів може тривати роками та коштувати дуже дорого. Якщо ж ці взаємодії можна оцінити обчислювальним шляхом з достатньою точністю, то біологічні дослідження можна значно прискорити.

Наприклад, якщо вчені вважають, що молекула, яка зв’язується з певною ділянкою певного білка, може бути перспективним кандидатом у ліки, вони можуть використовувати обчислювальні системи, такі як AlphaFold 3, для тестування потенційних лікарських молекул.

AlphaFold 3 ґрунтується на попередніх двох моделях AlphaFold, які по суті подолали проблему прогнозування тривимірної структури білка з його амінокислотної послідовності. AlphaFold 3 робить крок далі, прогнозуючи структури майже всіх біологічних молекул, таких як білки, ДНК, РНК та моделюючи їхню взаємодію. Це стало можливим завдяки поєднанню машинного навчання, штучного інтелекту та великих обсягів даних про біологічні молекули.

Google DeepMind зробить цю модель доступною для некомерційного використання через сервер AlphaFold, безкоштовного онлайн-інструменту, який вчені можуть використовувати для перевірки своїх гіпотез перед проведенням реальних тестів.

DeepMind розробила AlphaFold 3 у співпраці зі своїм колишнім підрозділом Isomorphic Labs у сфері пошуку нових лікарських засобів. 

Раніше вчені використали штучний інтелект для подолання величезної проблеми виробництва «практично безмежної чистої енергії» за допомогою термоядерного синтезу.

• Команда з Університету Принстон у США знайшла спосіб використовувати моделі штучного інтелекту для прогнозування та запобігання нестабільності плазми під час термоядерних реакцій.
• Термоядерний синтез вважається «святим Граалем» чистої енергії завдяки своєму потенціалу виробляти величезну кількість енергії без використання викопного палива та створення небезпечних відходів.
• Цей процес імітує природні реакції, що відбуваються на Сонці, проте отримання енергії з термоядерного синтезу виявилося неймовірно складним.
• У 2022 році команді з Національної лабораторії Лоуренса Лівермора в Каліфорнії вперше вдалося досягти чистого приросту енергії за допомогою термоядерного синтезу, тобто вони змогли виробити більше енергії, ніж було витрачено на реакцію.
• Хоча кількість енергії була невеликою – приблизно достатньо, щоб закип’ятити чайник, – це стало важливою віхою на шляху до досягнення масштабного виробництва.
• Останній успіх означає подолання ще однієї значної перешкоди: ШІ тепер може розпізнавати нестабільність плазми за 300 мілісекунд до її виникнення. Це достатньо часу, щоб внести корективи та утримати плазму під контролем.
• На думку дослідників, нові знання можуть призвести до масштабного використання термоядерної енергії.

Останнє дослідження було опубліковане 21 лютого в науковому журналі Nature у статті під назвою «Уникнення нестабільності розриву термоядерної плазми за допомогою навчання з підкріпленням».

Раніше штучний інтелект навчився шукати корисні копалини. Гірничодобувний стартап KoBold використовує його для пошуку ключових матеріалів задля переходу до зеленої енергетики.

Микола Максименко – колишній R&D-директор SoftServe, а нині молодий стартапер, який розвиває першу в Україні компанію у сфері квантових досліджень Haiqu і виступає євангелістом науки в технологічній галузі. Разом з партнером Річардом Гіваном вони розробляють технологію, яка дозволяє опрацьовувати складні квантові алгоритми за допомогою доступних сьогодні квантових комп’ютерів і мінімізувати похибку їхньої роботи. А нещодавно команда домовилась про співпрацю з канадським інститутом Perimeter, передовим центром у світі квантово-машинного навчання.

На прохання AIN.UA Микола Максименко розповів, чому квантові обчислення – це «новий чорний».

Почнімо з того, що таке квантові комп’ютери загалом? За яким механізмом вони працюють і чим відрізняються від домашніх ПК?

Квантові обчислення є фактично іншою парадигмою: якщо зазвичай ми користуємося стандартною, так званою двійковою логікою, де є певний регістр, який складається з елементарних одиниць – бітів, нулів та одиниць, то у квантовому світі дещо інша ситуація. Замість бітів є кубіти – це найпростіші квантові системи, що перебувають у двох фізичних квантових станах, як, наприклад, атом з двома енергетичними рівнями.

Ці частинки можуть бути як ті, які ми назвемо нулем або одиницею, так і перебувати в безлічі можливих лінійних комбінацій нуля та одиниці. Ми можемо уявити кубіт у вигляді такого собі вектора на тривимірній сфері Блоха [метод представлення станів кубітів як точок на поверхні сфери – ред.]. Фактично цей вектор може вказувати на позиції будь-якої точки на поверхні цієї сфери. Це вже нескінченна кількість можливих напрямків.

З іншого боку, кубіти можуть перебувати в так званому сплутаному стані. Це квантова сплутаність – одна з фундаментальних властивостей природи.

Квантові обчислення дозволяють одночасно виконувати операції над всіма можливими станами квантового регістру. В класичному випадку це взагалі неможливо без виконання обчислень над кожним окремим станом паралельно.

По-друге, з квантовими обчисленнями люди дійшли розуміння, що природа обчислює складні процеси інакше, ніж ми звикли. Наприклад, хімічні процеси на атомарному рівні відбуваються дуже швидко і ефективно, в той час, як подібна симуляція на класичному комп’ютері може зайняти вічність. І саме на такому мікроскопічному рівні працює квантова механіка.

Зокрема, у фізиці є така сфера досліджень, як аналогові квантові обчислення. В ній люди використовують природні системи, які під дією певних чинників можуть переходити з одного стану в інший. І під час цього переходу можуть робити певні обчислення, на які в стандартному комп’ютері нам би знадобилися сотні років.

Відповідно, звідси з’явилася ідея: чому б нам не зробити обчислення квантово-механічним? Це була перша подібна ідея, яка виникла близько 40 років тому.

Як розвивалося дослідження квантових обчислень надалі?

Базуючись на ідеї квантово-механічного обчислення, люди почали думати, якими будуть елементарні одиниці пам’яті, елементарні операції, так званий універсальний сет операцій, за допомогою якого можна побудувати будь-який алгоритм.

Вчені почали розуміти, що використовуючи квантові обчислення, можна досягти переваги, порівняно зі складними для класичних комп’ютерів задачами.

З іншого боку, тривалий час це була не прикладна ділянка теоретичної фізики та компʼютерної науки, де люди проводили дослідження гіпотетично: якби в нас були квантові комп’ютери, як би виглядали обчислення? Але самих квантових комп’ютерів не існувало до останнього часу, як і розуміння, яким чином ми можемо їх створити. Втім, за останні ~20 років сталися драматичні прориви у різних ділянках фізики та розробки алгоритмів, які дозволили нам опинитись там, де ми є сьогодні.

Зараз людство вже має перші квантові комп’ютери – вони ще дуже маленькі, неідеальні, але існують, і ми навіть можемо запускати на них певні алгоритми, досліджувати на практиці обмеження таких систем і те, якими будуть майбутні застосування квантових комп’ютерів.

Ця галузь дуже швидко розвивається і ми з колегами-науковцями очікуємо, що за десятиріччя вже матимемо цікаві практичні застосування цієї технології.

А станом на зараз які задачі може виконувати квантовий комп’ютер – і не може звичайний? Яку перевагу він має у практичному вимірі?

Йдеться про складні обчислювальні задачі – наприклад, зробити точну симуляцію електронів в певному матеріалі та розрахувати електронну структуру.

Такі симуляції робляться постійно, наприклад, в автомобільній індустрії, енергетиці. Дуже великі кошти витрачаються просто на обчислювальні потужності, які допомагають робити такі обчислення.

З іншого боку є, наприклад, проблема пошуку нових молекул для фармакологічної індустрії та розуміння, як ці молекули проявлятимуть себе за різних умов в організмі людей. Це дуже складна задача з погляду симуляції. І ми досі не вміємо робити точні прорахунки цього. Кілька сотень якісних кубітів дозволять нам робити симуляції такого типу.

Сучасні наближені методи обчислень, які допускають розвʼязок задачі з незначною похибкою і спрощення математичної моделі, можуть призвести, наприклад, до неможливості синтезувати матеріал у лабораторії через те, що не врахували якихось ефектів. І такий «провал», відповідно, дуже дорого коштує. Можливо, навіть кількох років досліджень. Квантові комп’ютери передусім надаватимуть перевагу саме в таких задачах.

Друга категорія — це складні задачі, пов’язані з так званими «Монте-Карло симуляціями» [група методів математичної симуляції для відтворення реальних явищ, що базується на теорії ймовірності – ред.], де в нас є багато різних можливостей стану системи та траєкторій в часі. Це, наприклад, стосується симуляцій в фінансовій системі, де є певний фінансовий інструмент і багато сценаріїв, як може змінюватися його ціна в часі. Чим більше траєкторій ми просимулюємо, тим кращими і точнішими будуть наші результати. Квантовими обчисленнями ми можемо робити симуляції такого типу набагато ефективніше, тому що наш квантовий стан вже може містити інформацію про всі можливі траєкторії.

Відповідно, багато фінансових задач, пов’язаних з аналізом ризиків, планування сценаріїв, можна краще розвʼязувати завдяки застосуванню квантових комп’ютерів.

Насамкінець це задачі логістики і різні складні оптимізаційні задачі. Наприклад, логістика в межах певної країни, коли потрібно щоб певна фура розвезла вантажі в кількох точках максимально оптимізовано відносно витрат пального.

Я можу створити таку типову корпоративну ІТ-систему, в яку менеджер вводить певні дані з точки А в точку Б, і кількість пального, яке можна витратити, а система видає оптимальний шлях. З квантовими обчисленнями ця задача розрахунку і симуляції ціни може бути виконана за кілька хвилин чи годин замість кількох місяців.

Або ж дослідження в хімічній індустрії – це наукоємна індустрія, відповідно, велика частина тамтешнього бюджету витрачається саме на постійні симуляції. Гравці на цьому ринку повинні постійно перебувати на піку наукових досліджень, адже ці компанії конкурують між собою: в кого матеріал має кращі властивості, може бути використаний у більшій кількості сценаріїв застосування у кінцевих продуктах, є дешевшим, легшим і так далі. Відповідно, представники цієї галузі зацікавлені в тому, щоб в них був постійний R&D-процес, де вони знаходять дедалі більше нових типів матеріалів і мінімізують невдалі спроби синтезу.

Чи запроваджені зараз квантові комп’ютери в комерційній сфері, про яку ви розповідали?

Наразі ми працюємо на етапі пілотних проєктів. Тобто в фармкомпаніях і у фінансових компаніях вже є внутрішні команди, що досліджують, які з можливих задач можна буде виконати на квантовому комп’ютері. І вони вже запускають пілотні проєкти маленького масштабу. Але вони ще не застосовуються, наприклад, в межах більших систем, які потім взаємодіють з користувачем або є частиною індустріальних процесів.

Наявні квантові компʼютери – це прототипи. Відповідно, ми поки не можемо очікувати запуску на них продакшн-задач і роботи 24/7. Наразі ми у фазі адаптації до технології. Це фактично навчання людей з нею працювати і осягнення того, які можливості перед нами відкриваються.

Чи дають квантові комп’ютери похибку, яку можна виміряти в обчислювальних задачах?

Так, сучасні квантові комп’ютери наразі не мають технології виправлення помилок (error correction). Відповідно, вони накопичують похибку на кожному кроці виконання алгоритму. І якщо цих кроків занадто багато, тобто якщо ми виконуємо складний алгоритм, то в певний момент ефект від цієї похибки буде такий великий, що він повністю «вб’є» наш результат. Зараз це одна з найбільших проблем у цій сфері.

Нам потрібно розуміти, що отриманий результат далеко не точний, а може бути і геть не точний. Тож варто навчитись оцінювати ці похибки, наразі це теж складне завдання і важлива ділянка досліджень.

Тож опрацювання тривалих алгоритмів може призвести до хибного результату?

Так. В нас є маленькі квантові комп’ютери, вони не тільки маленькі з погляду числа кубітів, а й так само мають дуже сильну похибку. Відповідно, ми можемо запускати алгоритм на малому числі кубітів і з дуже малим числом операцій. Тому алгоритми, про які ми наразі говоримо, є досить простими – вони не можуть бути занадто складними, тому що інакше ми дуже швидко накопичимо значну помилку і результат не матиме змісту. Ми в Haiqu розробляємо технологію, яка покликана зменшити вплив цих похибок.

Як ви взагалі оцінюєте дослідження квантових комп’ютерів, наскільки ця тема популярна серед науковців?

Ця тема зараз на хайпі, адже останнім часом у квантовій галузі було кілька хороших проривів з погляду реалізації квантових комп’ютерів і демонстрації квантової переваги. Поки що це поодинокі та в певному сенсі «іграшкові» задачі, які не мають миттєвого застосування, але принаймні на цих задачах ми можемо показати перевагу квантових обчислень над класичними. Відповідно, це додало віри у цей напрямок і інтерес до квантових комп’ютерів сильно зріс.

Квантові обчислення – одна зі стратегічних технологій у світі майбутнього. Глобальні гравці – наприклад, Сполучені Штати, Велика Британія, Австралія, Канада – вкладають мільярди в те, щоб отримати перевагу в цій сфері. І, відповідно, створюють спеціальні бюджетні фонди, грантові програми саме для розвитку квантових технологій в цих країнах.

Так само розширюються академічні програми – в більшості великих університетів вже є окремі програми з квантових обчислень, деякі навіть мають власні квантові компʼютери. В Європейському союзі існує програма з встановлення сучасних квантових комп’ютерів у ключових академічних обчислювальних центрах. З погляду досліджень – це досить модна тема.

І так само в суміжних галузях, наприклад, в хімії чи в фізиці конденсованого стану, люди вже активніше використовують сучасні квантові комп’ютери. Навіть якщо вони не одразу дають приріст ефективності, експерименти з новим типом обчислень вже є таким собі «правилом хорошого тону» прогресивних наукових груп. Ми можемо симулювати, наприклад, якусь просту молекулу на квантовому комп’ютері й для цього потрібно розробити нові алгоритмічні методи та інфраструктуру. Навіть якщо ці обчислення можна зробити більш ефективно класичними методами, ми таким чином фактично наближаємо той момент, коли зможемо застосувати розроблені методи та квантові комп’ютери для більш яскравих практичних задач.

Ви згадували про драматичні прориви у квантовій сфері за останні 20 років. Можете деталізувати?

Я, можливо, це занадто образно сказав. Я маю на увазі, прориви в тому, як ми створюємо кубіти, як ми їх контролюємо і даємо собі раду з шумом і помилками в цих кубітах. Поясню: шум – це чужорідний сигнал, який приходить через електромагнітні завади, домішки в матеріалах дротів щодо. Є певне кодування інформації, і через шуми у каналі можуть виникнути проблеми в цьому кодуванні. Відповідно нам потрібно або боротись із шумами, або розробляти методи корекції помилок (error correction).

Є інновації, появу яких ми не могли передбачити, наприклад, 20 років тому. Ми крок за кроком покращуємо квантові комп’ютери і суміжний стек технологій. І в цей час у нас з’являються проривні ідеї. Вони дозволяють не чекати 10 років на покрокові інновації для розв’язку якоїсь проблеми, а за рік отримати нову технологію, що дає той самий результат. 

На вашу думку, які сьогодні є найактуальніші напрямки, технічні аспекти в дослідженні квантових комп’ютерів, яким варто приділяти увагу?

Науковці шукають найстійкіші до помилок і шумів системи, що можуть легко масштабуватися в майбутньому.

Фактично кожен новий стартап, який приходить на сцену з новим типом кубітів і має певну перевагу над тими, які в нас є сьогодні, отримує досить непогану підтримку від урядів і венчурних інвесторів. Адже чим більше існує різних типів квантових комп’ютерів на ранньому етапі, тим безпечніше наше майбутнє з погляду того, що ми не зайдемо у глухий кут з розвитком цієї технології. Так рано чи пізно один з цих варіантів отримає, напевно, найбільше поширення в майбутньому.

Це один напрямок, в якому люди займаються діяльністю від розробки фізичних систем та чипів до дизайну нових матеріалів, які в них використовуються. Вони працюють у галузі прикладної фізики та інженерії.

З іншого боку, важливим напрямком зараз є так званий квантовий контроль. Це наступний рівень стека над кубітами. На цьому рівні в нас є класична інфраструктура пристроїв, які дозволяють керувати електромагнітними імпульсами, що діють на кубіти, змінюючи або читаючи їхній стан. 

Є кілька компаній у світі, які цим займаються. Наприклад, NVIDIA розпочали партнерство з компанією Quantum Machines для створення DGX Quantum – модулю на основі графічних карт для контролю квантових комп’ютерів.

Чи відомо, скільки на сьогодні існує типів квантових комп’ютерів?

Їх вже досить багато, якщо рахувати на пальцях рук, але не так багато, якщо цей домен розглядати як ринок. Можу назвати надпровідні кубіти (superconducting qubits), найпопулярніші зараз через простоту у виготовленні, контролі та масштабуванні. Інший популярний тип кубітів – це так звані іони в пастках (trapped ions). Також поширеною є технологія на основі дефектів у діамантах (азотно-заміщених вакансій).

Ці різні технології мають свої переваги і недоліки. Наприклад, надпровідні кубіти можна легко виготовляти і масштабувати, адже цей процес є майже ідентичним до того, як створюються напівпровідникові процесори. Але в них є проблема – вони дуже сприйнятливі до похибок і до зовнішніх ефектів. З іншого боку, є набагато стабільніші кубіти на основі іонів в пастках, але ця технологія набагато дорожча і є повільнішою з погляду виконання алгоритму. Кубіти на основі діамантів дозволяють створювати квантові чіпи, що працюють за кімнатних температур і не потребують величезних холодильників, які зазвичай є основним елементом на фотографіях сучасних квантових комп’ютерів.

Розкажіть про ваш стартап Haiqu. В чому полягає технологія, яку ви розробляєте, та які проблеми вона розвʼязує?

Сьогоднішні квантові комп’ютери мають малу кількість кубітів і є відносно «шумними», що обмежує складність алгоритмів, які на них можна виконати. Ми з командою працюємо на рівні middleware і створюємо програмне забезпечення, яке допомагає нам запускати більші і складніші квантові алгоритми на цих «шумних» і малих девайсах завдяки зменшенню впливу шуму.

І таким чином виконувати складніші алгоритми з меншою кількістю помилок?

Так, зменшення впливу шуму сприяє зменшенню кількості помилок. На практиці ми дозволяємо виконувати алгоритми з більшою кількістю операцій, які без нас були б повністю зруйновані шумом. Таким чином ми робимо квантові комп’ютери більш практичними.

Наше програмне забезпечення дозволяє запускати алгоритми, для яких в іншому випадку потрібно було б чекати 3-4 роки, поки «залізо» квантових комп’ютерів стане кращим. Наразі увага індустрії націлена на покращення заліза і збільшення числа кубітів. Ми фокусуємось на тому, щоб використовуючи краще програмне забезпечення досягти максимальних результатів з тим залізом, яке нам доступне сьогодні.

На етапі створення цього стартапу вами керував дослідницький інтерес чи була певна комерційна основа?

Взагалі на етапі створення стартапу ми шукали саме ідею для комерціалізації. В мене було багато ідей, з якими я прийшов до інкубатора Creative Destruction Lab. Багато з них є нереалізованими через поточний стан квантових комп’ютерів.

Ми сфокусувались на проблемі, яка вже фактично має свій ринок, і мій попередній досвід досліджень наштовхнув нас на ідею для її вирішення.

З одного боку, ми допомагаємо виробникам квантового «заліза» – ці компанії зацікавлені в тому, щоб залізо працювало краще і дозволяло виконувати складніші алгоритми. З іншого боку, є компанії, які створюють кінцеві алгоритми-застосунки в тих чи інших індустріях, і вони зараз мають проблему через неможливість їх виконати. З цим ми їм можемо допомогти.

Фактично ми вже зараз – на ранньому етапі розвитку стартапу – маємо можливість взаємодіяти з ринком. Але водночас у нас є візія, куди рухатись далі, коли у нас зʼявляться стабільні квантові компʼютери з корекцією помилок, а наша технологія дозволить відкрити нові ринки, що зростають.

На якому етапі зараз ваш стартап?

Ми зараз у фазі глибокого R&D. Технологія вже створена, постійно покращується, і ми патентуємо різні частини нашого стека. Вже запустили кілька пілотних проєктів з дружніми компаніями, де ми показуємо як технологія покращує продуктивність того чи іншого квантового комп’ютера або дозволяє з кращою точністю виконати квантовий алгоритм.

Скільки зараз людей у вашій команді?

Нас вже близько 15, і ми продовжуємо наймати талановитих науковців та інженерів і будуємо тісні зв’язки зі світовими центрами квантових обчислень. Нещодавно домовились про співпрацю з інститутом Perimeter в Канаді. Це дуже престижний заклад, один із центрів досліджень у квантовому машинному навчанні. Фактично науковці з цього інституту були піонерами цього напрямку, а для нас це важлива ділянка R&D. Наша команда в Канаді базуватиметься в цьому інституті і в нашому офісі буде можливість для стажувань талановитих молодих вчених, зокрема з України. Також працюємо над подібними партнерствами з ключовими квантовими центрами в Британії, Швейцарії і США.

• Після цього рішення комісія має його затвердити і підписати інвестиційний договір. Це дозволить кластеру разом із партнером цього проекту, програмою USAID «Конкурентоспроможна економіка України», оголосити архітектурний конкурс на концепцію центру. Після цього буде робота над проектом.
• У інвесткомісії сподіваються, що це буде простір, де «народжуватимуться великі стартапи та винаходи». Такий центр складатиметься із лабораторій, де працюватимуть науковці та студенти, а також просторів для розвитку стартапів та підприємницьких навичок. Серед запланованих лабораторій:
  • Лабораторія Design Thinking.
  • Лабораторія ІоТ.
  • Лабораторія AI.
  • Лабораторія робототехніки.
  • Лабораторія AR/VR + Gamedev.
  • Лабораторія HCI (людино-машинної взаємодії).
  • Лабораторія механічної обробки.
  • Лабораторія кібербезпеки.
  • Лабораторія радіоелектроніки.
  • Data Center.

 «Створення фізичного простору для взаємодії науковців, підприємців, студентів стане місцем, яке обʼєднає тих, хто ніколи б не зустрілися у професійному середовищі з метою створення спільного проекту», — говорить Наталя Петрова, менеджерка проєктів, відділ економічного зростання USAID.

• Центр будуть будувати за адресою вул. Каліча Гора, 5 у Львові. Там є триповерхова будівля, яку звели ще у середині ХІХ століття. Для проекту її потрібно буде реконструювати та облаштувати лабораторії з обладнанням.

Премію присудили за відкриття та розробку квантових точок — настільки дрібних наночастинок, що їх розмір визначає їхні властивості. Ці найменші компоненти нанотехнологій серед іншого тепер функціонують в телевізорах та світлодіодах, а також допомагають в медицині (наприклад, можуть підсвітити пухлинні тканини для хірурга).

Серед лауреатів найбільше уваги викликав Єкімов. Це росіянин, який з 1999 року живе та працює в США. Як повідомляє ІТС, свій вклад в створення квантових точок він зробив ще в часи СРСР, в інституті оптики імені Вавілова в тодішньому Ленінграді, на початку 1980-х. Він створив залежні від розміру квантові ефекти в кольоровому склі і продемонстрував, що розмір частинок впливає на колір скла за допомогою квантових ефектів.

Луїс Брус став першим у світі вченим, який довів квантові ефекти, залежні від розміру, у частинках, що вільно плавають у рідині. А Мунгі Бавенді здійснив революцію в хімічному виробництві квантових точок, отримавши у 1993 році майже ідеальні частинки. Така висока якість була необхідна для їхнього застосування в техніці.

• Премію отримали Ференц Крауш із Інституту квантової оптики Макса Планка та Мюнхенського університету Людвіга-Максиміліана, Енн Л’юйє зі шведського Лундського університету та П’єр Агостіні з Університету штату Огайо.
• За даними Нобелівського комітету, ця група вчених «надала людству нові інструменти для вимірів світу електронів усередині атомів та молекул». Адже вони продемонстрували ефективний спосіб створювати надзвичайно короткі імпульси світла, які можна використовувати для вимірювання надшвидких процесів руху та зміни енергії електронів.

«Швидкоплинні події перетікають одна в одну, коли сприймаються людьми, так само як фільм, що складається із окремих кадрів, сприймається як постійний рух. Але якщо ми хочемо досліджувати справді короткі події, нам потрібна буде спеціальна технологія. У світі електронів зміни відбуваються протягом одної десятої аттосекунди. Це — настільки короткий проміжок часу, що у секунді так само багато аттосекунд, скільки секунд пройшло з часу виникнення всесвіту. У експерименті лавреати створювали імпульси світла настільки короткі, що їх вимірюють в аттосекундах. Тож їх можна використовувати для отримання даних про процеси всередині атомів та молекул», — йдеться у пресрелізі комітету.

• Робота цієї групи вчених надали можливість подальших досліджень тих процесів, які раніше були зашвидкі для того, щоб їх можна було вимірювати.

«Зараз ми можемо відкрити двері до світу електронів. Аттосекундна фізика дає нам можливість розуміти механізми, якими керують електрони. А наступним кроком стане їх використання», — говорить Ева Олссон, голова Нобелівського комітету з фізики.

Спрощену схему експериментальної моделі, якою займалися вчені, можна подивитися на сайті Нобелівської премії. Детальніше про їхній експеримент можна прочитати тут. Пояснення простими словами, чому такі експерименти — це круто, у Twitter співробітника Національного науково-природничого музею НАН України:

Отже, коротко про Нобелівську премію з фізики.
Завдяки своїм експериментам цьогорічні лауреати змогли створити досить короткі спалахи світла для того, щоб зафіксувати надзвичайно швидкий рух електронів.

Тред 1/ pic.twitter.com/06HpSr1qCU

— Dovkolabotanika vulgaris (@botanikafake) October 3, 2023

Нагадаємо, влітку 2023 року наукова спільнота чекала на результати, що мали би спростувати або підтвердити твердження корейських вчених про синтез надпровідника LK-99. Якби їхні результати вдалося би відтворити, то Нобелівську премію з фізики імовірно присудили би їм. Але, на жаль, дива не сталося.

У чому була суть відкриття

Матеріал LK-99 — це модифікований апатит свинцю. Група вчених з Корейського дослідного центру квантової енергії (Quantum Energy Research Centre) писала про те, що під час експериментів із LK-99 до температури у 126,85 градуса Цельсія матеріал демонструє нульовий електроопір (та слабкий опір у проміжку від 60 до 90 градусів Цельсія). Також вони говорили і про ефект Мейснера, який полягає у витісненні магнітного поля, що, наприклад, дозволяє надпровіднику левітувати над магнітом.

Вони опублікували свою роботу на сайті препринтів arXiv, тобто, вона не проходила перевірку та рецензування від колег. Створення надпровідника, який працює при кімнатній температурі і звичайному тиску буквально означало би революцію в технологіях. Тож лабораторії по всьому світі кинулися відтворювати результат, щоб або підтвердити, або спростувати цю заяву. На симуляції це навіть спрацювало:

Нові дослідження показали, що радіти рано

На початку серпня вийшли одразу два нових дослідження LK-99, перше підтвердило, що LK-99 не є надпровідником, а лише феромагнітним матеріалом. А друге — що цей матеріал не демонструє властивостей надпровідника.

Перше дослідження — робота вчених з різних наукових установ Китаю, також опублікована на arXiv. Вони стверджують, що їм вдалося синтезувати LK-99, чия структура відповідає заявленій у попередньому дослідженні і підтверджена методом рентгенівської дифракції. За їхніми спостереженнями, цей матеріал не є надпровідником, натомість демонструє феромагнетичні властивості, чим і пояснюється його левітація над магнітом (феромагнітні матеріали можуть левітувати над магнітом через взаємодію їхніх магнітних полів).

Група вчених із лабораторії CSIR-National Physical Laboratory та Академії наукових та інноваційних досліджень в Індії дійшла до аналогічного висновку: вони також синтезували чистий зразок LK-99, і не знайшли в ньому ознак надпровідності при кімнатній температурі.

It's a ferromagnet

"We argue that, together with the pronounced shape anisotropy of the small fragments, the soft ferromagnetism is sufficient to explain the observed half levitation in strong vertical magnetic fields. Our measurements do not indicate the presence of the… https://t.co/hokJNSM69x pic.twitter.com/GPp3Dqiy8l

— Andrew Cote (@Andercot) August 8, 2023

• Відповідне дослідження також було опубліковане на сайті препринтів arXiv (тобто, воно ще не рецензоване).
• Інженер Ендрю Коут, який популяризує фізику в Twitter, пояснює, що йдеться про відтворення умов оригінального експерименту у комп’ютерній симуляції: вчені під проводом фізика Шінейд Гріффін показали на симуляції, що у модифікованому апатиті свинцю, де атоми міді у кристалічній решітці замінили атоми свинцю, справді можуть спостерігатися властивості надпровідника.
• Виявилось, що у матеріалі з такою структурою провідні шляхи для електронів перебувають саме в таких умовах, які би дозволили матеріалу набувати властивостей надпровідника.
• Лабораторія Берклі — одна із найвідоміших у світі, працює при Міністерстві енергетики США. Це дослідження — поки нерецензоване і не означає, що надпровідник таки відкрито, просто надає більше довіри публікації корейських вчених.

• Нагадаємо, матеріал LK-99 — це модифікований апатит свинцю. Група вчених із Південної Кореї у липні 2023 року повідомила про те, що під час експериментів із LK-99 до температури у 126,85 градуса Цельсія матеріал демонструє нульовий електроопір (та слабкий опір у проміжку від 60 до 90 градусів Цельсія). Також вони пишуть і про ефект Мейснера, який полягає у витісненні магнітного поля, що, наприклад, дозволяє надпровіднику левітувати над магнітом.
• Наукова спільнота всього світу імовірніше всього намагатиметься відтворити цей експеримент: якщо це вдасться зробити незалежним лабораторіям кілька разів, це означатиме для людства технологічний та енергетичний прорив, порівняний зі створенням транзистора. А для групи вчених, які відкрили ці властивості матеріалу, імовірніше всього — Нобелівську премію.
• На момент публікації матеріалу також стало відомо, що китайські вчені з Хуачжунського університету науки та технологій та Національної лабораторії вивчення матеріалів у Шеньяні змогли відтворити LK-99, який показує слабку магнітну левітацію. Але ця робота також опублікована на arXiv (тобто не була рецензована).

У чому суть відкриття

Вчені опублікували свою роботу на сайті препринтів arXiv, її ще не рецензували їхні колеги.

«Уперше в світі ми доповідаємо про успіх у синтезуванні надпровідника, що працює за кімнатної температури та звичайного тиску, за допомогою хімічного підходу до вирішення проблеми температури і тиску. Ми назвали цей надпровідник LK-99», — йдеться у роботі.

Матеріал LK-99 — це модифікований апатит свинцю. Група вчених пише про те, що під час експериментів із LK-99 до температури у 126,85 градуса Цельсія матеріал демонструє нульовий електроопір (та слабкий опір у проміжку від 60 до 90 градусів Цельсія). Також вони пишуть і про ефект Мейснера, який полягає у витісненні магнітного поля, що, наприклад, дозволяє надпровіднику левітувати над магнітом. Вони також опублікували відео цього ефекту.

Чому це важливо

Надпровідність — це падіння електричного опору до нуля. Поки що вчені відтворювали цей стан за екстремально низьких температур, близьких до абсолютного нуля. У другій половині XX століття відкрили нові типи надпровідників на основі сполук міді, в яких опір падає при -196 градусів Цельсія. Вченим вдалося отримати надпровідники, що працюють за температури вище нуля, але при величезному тиску, у мільйони атмосфер.

Якщо комусь вдастся отримати надпровідник, що працює за звичайної температури і тиску, це означатиме революцію у технологіях, прорив у енергетиці, новий етап роботи із квантовими комп’ютерами, дасть створити нові типи пристроїв для зберігання даних, нове медичне обладнання, транспорт на магнітній левітації й таке інше.

Чому до нього ставляться скептично

Кількість випадків, коли групи вчених повідомляли про відкриття надпровідника, що працює за таких умов, але згодом їхні результати не проходили перевірку або ж їх не вдавалося відтворити, —досить велика.

«Дослідження надане невідомою командою із нещодавно створеного інституту з невеликими досягненнями у галузі, воно не проходило рецензування, а його дані — плутані. Так що ставлю на те, що це буде ще один випадок із циклу хайпу та подальшого розчарування, які й так наводнюють цю галузь науки», — пише Spectator.

Учені з Оксфордського університету Сюзен Спеллер та Кріс Говернор, до яких звернувся New Scientist, говорять про те, що коли матеріал набуває властивостей надпровідника, для цього є точні показники, які можна виміряти, зокрема, реакція на магнітне поле і тепломісткість, але їх не демонструють у даних дослідження. «Тобто, поки ще рано говорити, що нам надали переконливі докази надпровідності у цих зразках», — говорить Спеллер.

Професор фізики з Університету Райса Дуглас Нательсон опублікував невеликий тред у Twitter, де аналізує дані, надані у дослідженні, та приходить до висновку, що це все «не надає впевненості у результатах».

Відео розсортовані за темами й доступні безплатно на Youtube-каналі «РЛ Физика». Як повідомляється  на сайті ліцею, курс Павла Віктора з фізики став найповнішим із доступних в інтернеті на сьогодні. Курс фізики охоплює всі теми поглибленої програми 9-11-х класів від «Механіки» до «Фізики ядра», також є окремі теми для 7-8-х класів.

Трансляції Віктора сумарно набрали понад 7 млн переглядів, на канал підписалися майже 60 000 користувачів. Під відео учні залишають коментарі та запитання. Щоб переглянути їх та дати відповіді, вчитель щодня витрачає близько години. «Іноді діти в коментарях залишають такі запитання, над якими треба добре подумати, перш ніж відповісти. Це мене надихає, адже цікаві осмислені питання є поживою для мозку», — заявив Віктор.

У 2021 році канал Павла Віктора мав уже понад 738 000 підписників та понад 35,4 млн переглядів. Канал регулярно оновлюється. Загалом учитель опублікував понад 700 уроків з фізики як для базової, так і для поглибленої шкільної програми. Також Павло Віктор викладає повнометражні наукові фільми з дикторським текстом та музичним супроводом.

З моменту публікації цього матеріалу Павло Віктор став популярним блогером, а також випустив книгу «Фізика. Основи та механічний рух». Зокрема, у ній наведено основні теми з механіки, які стануть у пригоді насамперед школярам, яким потрібно закріпити знання з предмета. У видавництві книгу порекомендували й дорослим, які хочуть глибше розуміти фізику.

Курс Павла Віктора дивляться не лише його учні, як передбачалося  від початку, але весь світ. Користувачі приходять з усієї України, Казахстану, Білорусі, Німеччини та інших країн.

«Що цікаво, якщо подивитися за віковими категоріями, серед глядачів найбільше не школярів, а студентів — молодих людей віком 18-24 років. Є й глядачі старшого покоління. Мабуть, учителі. Напевно вони використовують це для підготовки до уроків», — сказав Павло Андрійович у коментарі AIN.UA.

Як усе починалося

Ідея транслювати уроки виникла спонтанно. Коли учні хворіли, вони просили Павла Андрійовича увімкнути Skype, щоб віртуально бути присутніми на уроці. Вчитель погодився та провів кілька таких уроків, які просто йшли без запису в одному каналі для однієї дитини. «Доводилося тягати за собою комп’ютер, щоб показати праву частину дошки, ліву частину дошки, а якість зображення там невисока», — згадує викладач. Так виникли перші форми дистанційного навчання.

Потім у ліцеї було кілька карантинів. А для фізики дуже важливо не переривати процес навчання, тому що викладачеві буде складно розповісти весь матеріал, що накопичився, у стислі терміни, відзначає Павло Андрійович. Тому він почав знімати уроки на відео та викладати в інтернет.

Адміністрація ліцею та батьки підтримали його ідею та допомогли встановити в аудиторії гарне обладнання, яке дає змогу транслювати уроки фізики у високій якості. Зараз Павло Андрійович має «на озброєнні» дві відеокамери (одна для загального плану, інша для демонстрації дрібних предметів, сторінок підручника чи великих планів графіків на дошці), відеомікшер, потужний комп’ютер та швидкий інтернет.

«З’явилася можливість транслювати уроки в реальному часі на YouTube, і там вони записуються. Спробували, вийшло, наче сподобалося. Тоді я вирішив записувати всі уроки», — розповів учитель.

Важка праця

Спочатку Павло Андрійович не думав про те, у що це виллється — йому сподобалося, що можна так легко доносити дітям інформацію. Але невдовзі стало зрозуміло, що це дуже важка робота — підготовка до лекцій, щоденні трансляції, обробка коментарів та відповіді на запитання забирали багато часу. Проте зупинятися було пізно — учитель вирішив довести справу до кінця.

За словами Павла Віктора, провівши останню трансляцію курс фізики для старших класів, він спочатку відчув полегшення. Однак незабаром відчув спустошеність. «Так буває після великого та тривалого байдаркового походу, коли хочеться швидше дістатися теплого та затишного будинку. Але, переступивши поріг, починаєш тужити за природою, туристичним драйвом, екстримом, пригодами», — коментує викладач.

Нині викладач записує завершальний курс фізики для 7-го класу, після чого планує розпочати курс для 8-го класу на прохання глядачів. «Це напружена робота, насправді вона виснажує. Але якщо ти вже почав знімати, треба показати більше. Вкласти максимум демонстрацій та змісту, все те, що зазвичай ти через економію часу міг не розповідати», — каже Павло Андрійович.

Після успіху експерименту з трансляціями з фізики адміністрація ліцею вирішила розробити курси для дистанційного навчання з інших предметів. У ліцею вже є Youtube-канали з уроками з української мови й математики. Повідомляється, що Рішельєвський ліцей став експериментальним майданчиком з розроблення та впровадження педагогічних технологій дистанційного навчання на базі освітнього центру з використанням сучасних електронних засобів комунікації відповідно до спеціального наказу МОН.

Секрет успіху

На думку Павла Віктора, його курс фізики став успішним, бо він цілком природний і живий. «Чому в мене вийшло? Я просто вів уроки, я не йшов спеціально в якусь студію, мої відео не обробляв монтажер. Це просто ефір. І в цьому є дві переваги: по-перше, такий формат найменш трудомісткий і тому здійсненний, по-друге, це живий урок, тож у глядачів виникає ефект присутності. До дошки виходять діти, спілкуються з викладачем, і виходить, ти ніби ще один учень у класі», — пояснив він.

«Нещодавно я читав відгуки й зрозумів: величезна перевага в тому, що це живі уроки. Тому вони сприймаються краще, ніж спресований 10-хвилинний ролик, який містить матеріал уроку. Це природніше».

Нагадаємо, український стартап розробив «електронну школу»: щоденники, журнали, підручники — все онлайн.

AIN.UA звернувся до українських вчених-фізиків за коментарем про те, наскільки важливе це оголошення і що воно означатиме для енергетичного майбутнього людей. Спойлер: це добре, але на жаль, до робочих термоядерних електростанцій ще дуже далеко. І строго кажучи, проведений лабораторією LLNL процес ще не можна назвати успішним термоядерним синтезом.

Наводимо пояснення вчених нижче.

Юрій Яковенко, провідний науковий співробітник у відділі теорії ядерного синтезу Інституту ядерних досліджень НАН України:

Керований термоядерний синтез (КТС) — це процес отримання енергії через злиття ядер легких елементів. Паливом, яке найлегше для цього використовувати, є дейтерій та тритій — важкі ізотопи водню. Якщо людство зможе навчитися успішно ініціювати та підтримувати КТС, він стане практично невичерпним джерелом енергії, що не створює викидів вуглекислого газу.

Проблема полягає в тому, що паливо треба розігріти до надвисоких температур (до стану плазми) і утримувати його достатній час, щоб воно встигло «прогоріти». Один з підходів до її розв’язання полягає в утриманні плазми магнітним полем (магнітне утримання). Другий — у стисненні та розігріві палива потужними лазерними променями (інерційне утримання).

У Ліверморській лабораторії пройдено важливу межу — кількість виділеної термоядерної енергії перевищила енергію лазерних променів, що нагрівали паливо, у понад 1,5 рази. Це ще не є успішним здійсненням термоядерного синтезу.

Оскільки, як перетворення виділеної енергії в електричну, так і перетворення останньої в лазерні промені не може бути повним, треба, щоб виділена енергія перевищувала витрачену в десятки разів.

Планується, що потужність реакції перевищить потужність, витрачену на нагрівання палива, у понад 10 разів у експериментальному реакторі ITER, який споруджується у Франції. На відміну від ліверморського пристрою NIF, який застосовує інерційне утримання, ITER утримуватиме плазму магнітним полем. Якщо цей експеримент буде успішним, наступним кроком буде реактор, який вироблятиме електроенергію.

Семен Єсилевський, провідний науковий співробітник Інституту фізики НАН України, доктор фізико-математичних наук:

Це — значиме досягнення, але його важливість в офіційній комунікації сильно перебільшили. Адже потрібно брати до уваги весь контекст: перші експерименти із термоядерним синтезом проводилися ще в 50-ті роки XX століття. З того часу побутує трошки сумний жарт про те, що до комерційного втілення лишилося 20 років, і так вже протягом 70 років.

Це такий собі науковий «довгобуд». За всіма експертними оцінками, перша комерційна термоядерна електростанція (або навіть її прототип), якщо і з’явиться, то в роботі її побачать хіба наші діти та онуки. Тобто, це питання 50 років або й довшого періоду, і це ще оптимістичний прогноз.

Тепер щодо того, що було зроблено зараз. Потрібно розуміти, що люди, які цим займаються, працюють без практичного «вихлопу» більше 60 років, і на це треба весь час залучати кошти. Хто даватиме гроші на технологію, яка ймовірно запрацює через 50 років? Тож лабораторія трохи перебільшила свої досягнення у пресрелізі (це не перша і не друга подібна «сенсація» за історію розробки КТС).

Тож це досягнення має скоріше психологічний вплив.

Як це загалом працює? Це установка імпульсного синтезу, в якій за допомогою дуже потужних лазерів стискають маленький, міліметрового розміру контейнер з паливом . Відбувається мікротермоядерний вибух, і при цьому виділяється енергія. Але на практиці її якось потрібно конвертувати в електричний струм. А як це ефективно робити для імпульсного синтезу — наскільки я знаю, поки ніхто не придумав. Тож команда дослідників просто вимірює, скільки енергії виділилося. Досягнення в тому, що вперше за весь час виділилося більше енергії, ніж туди вкачали. Але це не корисна енергія, не ККД установки. Поки що це — «сферичний кінь у вакуумі».

Перетворити енергію такого мікротермоядерного вибуху на корисну — дуже нетривіальна задача. Це ж не звичайний ядерний реактор, який, умовно кажучи, працює «кип’ятильником».

Якщо ж говорити в цілому про прогнози для керованого термоядерного синтезу, є міжнародна установка ITER, яка науковою спільнотою вважається більш перспективною, адже там принаймні зрозуміло, як знімати потужність з реактора. Але поки він не запрацював, і навіть коли запрацює, він не стане електростанцією, працюватиме у збиток.

Після його експлуатації років через 20 можливо почнуть будувати реактор, який працюватиме в плюс. Оптимістичний прогноз для такого прототипу — це 2060-ті роки, а до комерційного використання цієї технології ще далі.

Що сталося

Реакції ядерного синтезу — це буквально те «паливо», на чому працюють зірки, і наше Сонце зокрема: відбувається синтез гелію з водню, за рахунок чого вивільняється купа енергії, завдяки чому можливе життя на Землі. Наші АЕС працюють на заворотному процесі: керованому розщепленні ядер радіоактивних елементів (ізотопів урану).

Термоядерний синтез — це злиття ядер більш легких хімічних елементів, щоб утворилося ядро більш важкого елементу, що супроводжується виділенням великих обсягів енергії. Якби цей процес вдалося відтворити у лабораторних умовах і контрольовано, це означало би інше енергетичне майбутнє для всього людства, адже ядерний синтез — потужне джерело чистої енергії, що отримується без забруднення довкілля. Але до цього моменту вченим не вдавалося досягти точки, у якій на запуск термоядерної реакції потрібно менше енергії, ніж отримають в результаті.

Дуже спрощено термоядерна реакція виглядає так:

13 грудня 2022 року вчені Ліверморської національній лабораторії Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL), які працюють на лазерній установці National Ignition Facility (NIF), оголосили про прорив у цій галузі.

Сама ідея про те, що термоядерну реакцію можна запускати за допомогою лазерів у лабораторному середовищі, з’явилась серед учених LLNL ще у 60-ті роки минулого століття. Щоб мати змогу протестувати цю гіпотезу, при LLNL будували все більш потужні та енергоємні лазерні системи (іноді жартують, що LLNL розшифровується як Lasers, Lasers, Nothing but Lasers). Сучасна NIF — розміром як стадіон, у лазерні промені використовуються, щоб створювати температури та тиск, подібні до умов всередині зірок або гігантських планет.

Термоядерну реакцію в лабораторії запускають за допомогою потужної системи лазерів NIF. Реакцію запускають, направляючи лазери на дейтерієво-трітієву мішень, як пояснює Nauka.ua.

5 грудня 2022 року їм вдалося витратити на запуск реакції менше енергії, ніж вони отримали в результаті: на мішень витратити 2,05 мегаджоулів енергії, а в результаті реакції отримали 3,15 мегаджоулів. У LLNL це називають найбільш фундаментальним науковим базисом для ICF — інерційного керованого термоядерного синтезу.

На фото нижче можна побачити найбільшу камеру NIF, де 5 грудня 2022 року вчені використали 192 лазерних променів, щоб утворити більш 2 млн джоулів енергії, щоб опромінити мішень та запустити реакцію.

Лазери настільки потужні, що за їхньої допомоги можна розігріти капсулу із дейтерієво-трітієвим паливом до 100 млн градусів за Цельсієм (гарячіше, ніж у центрі Сонця), і створити тиск у 100 млрд більший, ніж атмосферний.

Максимум, якого вдавалося досягнути на NIF: 70% від затраченої енергії, вчені отримали на цій самій установці 2021 року.

Чому це важливо

Звісно, до промислових реакторів, що працюватимуть на керованому термоядерному синтезі, ще дуже далеко, можливо, десятиліття. Для прикладу, ITER (Міжнародний експериментальний термоядерний реактор), який почали будувати ще у 80-х роках минулого століття, запрацює лише у 30-х роках цього століття.

Поки що йдеться про дослідження того, як запускати та контролювати такі реакції. Рікардо Бетті, професор з Університету Рочестера порівняв цей науковий прорив із тим, коли люди зрозуміли, що з нафти можна отримувати пальне, яке можна підпалити: до двигуна внутрішнього згоряння ще далеко, і це — ще не винахід автомобіля, але дуже важливий крок до цього.

Але все ж, це одне із найбільших наукових та інженерних досягнень людства у XXI столітті на даний момент, який показує майбутню можливість економічної ефективності такого джерела енергії. І це — важливий крок на шляху до енергетичної незалежності людства.

• Телескоп передав найточніше зображення об’єкту з дуже глибокого космосу, яке відоме історії. Це — фото галактичного кластеру SMACS 0723, на якому можна роздивитися купу деталей.
• Знімок був знятий інфрачервоною камерою Near-Infrared Camera (NIRCam), і складається з багатьох зображень, зроблених на різних довжинах хвиль та скомбінованих. Знімок набагато перевищує можливості телескопа «Габбл» у інфрачервоному діапазоні.

• На ньому ми можемо бачити, як скупчення SMACS 0723 виглядало 4,6 млрд років тому — і це показує, про наскільки глибокий космос йде мова. Комбінована маса цього галактичного кластеру працює як гравітаційна лінза, що збільшує зображення більш віддалених галактик. Завдяки NIRCam, можна роздивитися найдрібніші деталі цих галактик та їхні структурні елементи, які людство ніколи не бачило до того.
• «Джеймс Вебб» шукає найдавніші галактики всесвіту, і вчені вже готуються отримувати та обробляти до того невідомі дані про маси, історію, структуру та вік таких галактик.
• Пізніше NASA оприлюднить більше кольорових фото від «Джеймса Вебба». Завантажити зображення у гарній якості, щоби вповні його вивчити, можна звідси.

James Webb («Джеймс Вебб», JWST) названий на честь колишнього керівника NASA. Цю орбітальну обсерваторію створювали протягом багатьох років, вона обійшлася в астрономічні $10 млрд, а ще її називають наступницею легендарного «Габбла». Більше про нього можна прочитати тут:

Десять років тому Великий адронний колайдер, найпотужніший прискорювач елементарних частинок на Землі, довів існування субатомної частинки під назвою бозон Хігса. Вона вважалася основним будівельним блоком Всесвіту.

Зараз фізики з Європейської організації ядерних досліджень (CERN) на швейцарсько-французькому кордоні перезапускають колайдер, щоб детальніше дослідити бозон Хіггса та інші субатомні частинки і темної матерії.

Великий адронний колайдер у вигляді кільця завдовжки 27 кілометрів, розташований глибоко під Альпами. Він складається з надпровідних магнітів, охолоджених до -271,3°C, що є холоднішим, ніж космос. Він розганяє та зіштовхує елементарні частинки. Вчені можуть спостерігати за цим процесом і дізнаватися, з чого вони складаються.

Колайдер був закритий на три роки для обслуговування та модернізації. Тепер в CERN кажуть, що Великий адронний колайдер працюватиме цілодобово майже чотири роки. «Ми шукаємо відповіді на питання, пов’язані з темною матерією і чому бозон Хіггса такий легкий», – кажуть в CERN. Великий адронний колайдер будували з 1998 по 2008 рік на 100-метровій глибині під територіями Франції та Швейцарії.

Медаль Філдса — нагорода, яка надається двом, трьом або чотирьом математикам раз на чотири роки. Засновником премії був канадський математик Джон Чарлз Філдс. Ця медаль вважається найпрестижнішою відзнакою в математиці, нею нагороджуються молоді математики до 40 років за значний вклад у науку. Сума нагороди становить 15 000 канадських доларів (приблизно $11 600).

Вʼязовська, якій 37 років, виграла медаль в кінці лютого, незадовго до початку повномасштабної війни в Україні. Але нагороду їй вручили тільки сьогодні – на Міжнародному конгресі математиків у Гельсінкі. Цікаво, що церемонія мала відбутися в російському Санкт-Петербурзі, але понад 400 математиків виступили проти через вторгнення росії в Україну. Тому нагородження перенесли до Фінляндії.

За що відзначили Вʼязовську

Вʼязовська – лише друга жінка, яка отримала Медаль Філдса за 86-річну історію нагороди. Першою була Мар’ям Мірзахані у 2014 році.

На сьогоднішній церемонії конгрес математиків відзначив численні математичні досягнення Вʼязовської, зокрема її рішення по упаковці шарів у 8- і 24-мірних просторах з використанням методів модульних форм.

Українка вирішила задачу, над якою кілька віків билися математики всього світу. До неї задача була вирішена лише для просторів з трьома і менше вимірами, причому рішення трьохмірного випадку (гіпотези Кеплера) було викладено на 300 сторінках тексту з використанням 50 000 рядків програмного коду. Рішення В’язовської восьмивимірного випадку займає всього 23 сторінки і є «приголомшливо простим» на думку математиків.

На дослідження цієї задачі В’язовську надихнув київський математик Андрій Бондаренко. Над рішенням вона працювала два роки в Берліні. Раніше Марина вже отримала за це досягнення Премію Салема та SASTRA.

Математика і війна

Марина виросла і отримала вищу освіту в Києві, там зробила свої перші наукові досягнення. Потім переїхала до Берліну, а сьогодні разом з чоловіком та двома дітьми живе в Швейцарії. Працює в Швейцарському федеральному технологічному інституті Лозанни.

Її родичі залишалися в Україні. Дві сестри Марини з дітьми виїхали до неї в Швейцарію, де зараз проживають в якості біженців. Батьки та бабуся Вʼязовської залишились в Києві.

Коли російські танки все ближче наближалися до будинку батьків, В’язовська щодня намагалася переконати їх поїхати. Але 85-річна бабуся, яка ще дитиною пережила війну та окупацію під час Другої світової, відмовилася, і батьки не залишили її.

«Бабуся не може собі уявити, що помре не в Україні, бо вона прожила там все своє життя», – розповіла Вʼязовська.

У березні російський авіаудар зруйнував авіаційний завод імені Антонова, де її батько працював наприкінці радянської ери. Вʼязовська відвідувала дитячий садок неподалік. Деякі друзі сестер Марини пішли воювати, деякі загинули.

В інтервʼю Quanta Magazine Вʼязовська розповіла, що пишається своєю країною, але жахливо почувається через те, що її співвітчизникам довелося звикнути до сирен, обстрілів, війни. Переживши перші дні вторгнення, її племінник Максим почав ходити уві сні.

«Це не пройде безслідно. Це матиме наслідки, такий надзвичайний стрес, надзвичайний страх, – каже Вʼязовська. – Принаймні, тирани не можуть перешкодити нам займатися математикою. Є щось, що вони не можуть у нас забрати».

Він пояснив своє рішення тим, що керівництво CERN продовжує співпрацювати із росією та Білоруссю щонайменше до 2024 року. І не виключає співпраці після цієї дати. Як відзначає фізик, хоча організація й засудила агресію проти однієї зі своїх країн-членів, але не збирається вчиняти хоч якихось ефективних дій у цьому напрямку.

«Я завжди вірив, що фізика є особливою серед інших наук. Кожна наука — це квест у гонитві за істиною. Деякі дисципліни ніколи не зможуть побачити істини, якої шукають (як історія), деякі визначають, що є істина (як математика). А деякі, як філософія, навіть невпевнені у тому, чи істина існує. Фізикам пощастило набагато більше, адже для них істина завжди під рукою, природа сама по собі — істина.

Вірю в те, що світосприйняття фізика певною мірою залежить від цієї особливості фізики. Назвіть це законом молотка, якщо забажаєте. Фізик знає, що істина існує, і його робота підібратись до неї на крок ближче. Це може бути важко, може легко, але напрям завжди визначено», — пише фізик.

Тож виглядає так, що для українського вченого квест пошуку істини не поєднуваний з ідеєю співпраці з окупантами.

Проект Atlas — це науковий проект, а також обладнання, що пов’язані із дослідження елементарних часток на ВАКу при CERN. Зокрема, там досліджуються зіткнення протонів надвисоких енергій.

Детектор Atlas на ВАК — це величезний та надскладний пристрій, довжиною 46 метрів й 25 метрів у діаметрі, що дозволяє вимірювати показники високоенергетичних частинок, що подорожують на 99% швидкості світла, при енергіях до 7 трлн електрон-вольт.

• Автори законопроекту вважають, що ПДВ та мито з науково-технічного обладнання є «тяжким тягарем для українських державних наукових установ, які і без цього страждають від хронічного недофінансування». Вони зауважують, що така зміна фактично не вплине на наповнюваність бюджету, адже:

«…кошти які наразі сплачуються як податки із ввезення наукового обладнання українськими державними науковими установами, є також коштами державного бюджету, які де-факто “перекладаються із однієї кишені у іншу”».

• Скасування ПДВ, а також митних платежів для таких операцій, на думку авторів проектів, не призведе до збільшення загальних бюджетних видатків, але суттєво підтримає державні наукові установи.
• Науковці вітають таку норму, говорячи про те, що на ці два проекти спільнота чекала уже давно:

«Ці два закони науковці давно вже чекали. Причому термін “давно” має цілком конкретні часові межі — з 2016 року, коли реально запрацював новий Закон про наукову та науково-технічну діяльність, 47 стаття якого містила в собі згадку про скасування мит та ПДВ при купівлі обладнання.

Норма — дуже прогресивна, адже на фоні жалюгідного фінансування науки (нагадаю, що замість 1,7% ВВП, що мали б виділятися за законом, реально виділяється 0,2%) і без того мізерні бюджети науково-дослідних інститутів та університетів втрачали при купівлі обладнання, реактивів та матеріалів на сплату назад до бюджету.

Це — абсолютно нелогічно і прийняття цих законів про скасування ПДВ та мит фактично, не потребуючи додаткових вливань бюджетних коштів, збільшує спроможності вітчизняної науки. Окремо слід зазначити щодо мита — українська наука фактично поставлена в такі умови, що не може купувати з обладнання та реактивів практично нічого, окрім як від іноземних виробників. Тому скасування митних платежів дозволить витрачати бюджетні кошти на наукові потреби з більшою ефективністю», — пояснив AIN.UA Антон Сененко, популяризатор науки, старший науковий співробітник Інституту фізики НАН України.