Термоядерный синтез, превращение мусора в золото и не только: самые яркие научные открытия 2022 года

Термоядерная надежда

Год начался с рекорда: в январе сотрудники Объединенного европейского токамака, расположенного в Оксфорде экспериментального реактора, сообщили, что произвели 59 мегаджоулей термоядерной энергии. Это более чем в два раза превышает предыдущий рекорд, установленный четверть века назад. А в конце года пришла новость из Ливерморской лаборатории в США, где физики впервые получили больше термоядерной энергии, чем потратили на реакцию. Это важные достижения, которые вселяют надежду, что появление экономически выгодного термоядерного синтеза не за горами. 

Если в реакторах традиционных атомных станций используется деление ядер с высвобождением энергии, то при термоядерном синтезе ядра сливаются, выделяя мощную энергию. По данным МАГАТЭ, это позволяет получать в четыре раза больше энергии на килограмм топлива, чем деление ядер. Сравнение с углеводородами совсем неспортивное: «термояд» почти в четыре миллиона раз эффективнее сжигания нефти или угля. Поэтому как только человечество разберется с термоядерным синтезом, про энергетические кризисы можно будет забыть.

Картинки из космоса

Пожалуй, самая яркая научная новость 2022 года пришла из космоса. Телескоп «Джеймс Уэбб» начал передавать на Землю данные и сразу зашел с козырей: сделал селфи. После этого «Уэбб» показал  одни из первых появившихся после Большого взрыва галактик и подробно изучал атмосферы экзопланет. В 2023 году ждем еще больше космических фотографий, которые помогут людям расширить кругозор и лучше понять свое место во Вселенной.

Философский камень из графена

Алхимики верили в существование «философского камня», способного превращать обыденные вещества в золото. В августе 2022 года ученые из Манчестерского университета вместе с китайскими коллегами доказали, что графен — материал, состоящий из слоя углерода толщиной в один атом — можно использовать для извлечения золота из отходов с микроскопическим содержанием драгоценного металла. Один из авторов исследования — физик Андрей Гейм, который двенадцать лет назад получил Нобелевскую премию вместе с Константином Новоселовым как раз за открытие графена.

Рецепт получения золота очень простой: нужно растворить отходы электронной промышленности, добавить графен в получившийся раствор и через несколько минут на листах графена появится чистое золото — без дополнительных химикатов и затрат энергии. Чтобы извлечь золото, нужно лишь сжечь графен, при этом одного грамма угллеродного материала достаточно для получения почти двух граммов благородного металла. Кажется, что у открытия есть экономический потенциал, ведь грамм графена стоит менее 0,1 доллара, а золота — около 70 долларов. 

Болезнь Альцгеймера у дельфинов

Шотландские ученые впервые обнаружили у дельфинов признаки болезни Альцгеймера. Посмертные тесты выявили у трех старых особей изменения мозга, характерные для болезни Альцгеймера у человека: в частности, разрушающие нейроны бляшки и скопление глиальных клеток, вызывающих воспаление мозга.

Исследователи пока не смогли установили причину деградации мозга у дельфинов, но она может объяснить, почему дельфины и киты выбрасываются на берег и погибают. Согласно теории «больного лидера», животные заплывают на мелководье, потому что следуют за вожаком, который заблудился или потерялся. Возможно, проявляющаяся с возрастом болезнь Альцгеймера мешает лидерам ориентироваться в пространстве и принимать верные решения.

Искусственный интеллект на службе медицины

В 2022 году наметился прорыв в области диагностики болезни Альцгеймера и у людей: ученые Имперского колледжа Лондона разработали искусственный интеллект, способный точно диагностировать болезнь на ранней стадии всего лишь по одному МРТ-снимку мозга. 

А в лондонском Институте исследований рака создали алгоритм, который менее чем за два дня определяет, какие комбинации лекарств могут помочь больным раком. Тест на основе искусственного интеллекта использует данные о белке из образцов опухоли и точно предсказывает реакцию пациентов на лекарства.

В июле 2022 лондонская компания DeepMind объявила о том, что ее алгоритм AlphaFold предсказал структуру более 200 миллионов белков — практически всех известных науке. По сути, искусственный интеллект открыл людям целую белковую вселенную. Практических применений этого огромного массива данных множество: например, он поможет ученым разрабатывать новые удобрения и сорта растений, а также создавать новые лекарства. Процесс уже начался: в мае исследователи из Оксфордского университета использовали AlphaFold, чтобы определить структуру белка, обнаруженного в малярийном паразите. Понимая, как антитела блокируют передачу белка, важного для выживания паразита, ученые смогут разрабатывать новые способы лечения малярии.

Квантовая связь с инопланетянами

Ученые на Земле давно исследуют квантовую коммуникацию — способ связи, который использует квантовую механику для безопасной передачи информации. Он работает путем кодирования информации с использованием квантовых свойств частиц вроде фотонов. Это делает невозможным перехват информации и обещает революцию в передаче данных. Но одной из проблем остается деликатная природа квантовых частиц, которые теряют свои свойства при взаимодействии с окружающей средой. 

В этом году стало понятно, что космос не будет помехой для квантов. Частицы света, или фотоны, могут преодолевать сотни тысяч световых лет, не теряя своих квантовых свойств, выяснили физики из Эдинбургского университета. Это означает, что развитая инопланетная цивилизация может отправить квантовое сообщение на Землю. Людям только нужно изобрести способ такое сообщение принять.