4 октября открылась Нобелевская неделя ― кто получит награду за исследования в области физики и химии, Нобелевский комитет определит в ближайшие дни. Но каждый год исследовательские компании и различные эксперты составляют свои прогнозы о том, кто станет нобелевским лауреатом. И хотя предсказания почти никогда не сбываются, они ясно дают понять, какие направления и открытия определяют развитие всей мировой науки. Так что, в ожидании объявления результатов, предлагаем вспомнить, за что уже вручали Нобелевскую премию в последние годы, и порассуждать, какие исследования в области точных и естественных наук достойны самой известной научной награды.

Физика

В последние несколько лет Нобелевская премия по физике была «космической»: в 2017-м награду присудили за «решающий вклад в детектор LIGO и за наблюдение гравитационных волн», в 2019-м ― за теоретические открытия в области космологии и «открытие экзопланеты на орбите вокруг солнцеподобной звезды», а в 2020-м ― за работы, посвященные черным дырам. 

Небольшой перерыв был сделан лишь в «прикладном» 2018 году. Тогда премию получили три физика: американский ученый Артур Эшкин (Arthur Ashkin), который был удостоен награды «за оптические пинцеты и их применение в биологических системах», а также французский и канадский исследователи Жерар Муру (Gerard Mourou) и Донна Стрикланд (Donna Strickland). В 1985 году они предложили новую технику сверхмощных лазерных импульсов — усиление чирпированных импульсов (суть и значение этих работ мы подробно разбирали в нашем материале).

В этом году в прогнозе Clarivate* номинантами на Нобелевскую премию по физике оказались трое ученых с совершенно разными по тематике исследованиями. Первый из них ― ученый Калифорнийского технологического института Алексей Китаев, который работает над квантовыми вычислениями с помощью топологически защищенных квантовых состояний. Также в числе потенциальных номинантов — Марк Ньюман (Mark Newman) из Мичиганского университета. Он проводит масштабные исследования сетевых систем ― и эта фундаментальная работа позволяет моделировать развитие событий в таких естественных системах, как, например, социальная сеть или целая экосистема. И наконец, еще один, по версии Clarivate, кандидат на Нобелевскую премию ― Джорджо Паризи (Giorgio Parisi) из Римского университета Ла Сапиенца. Этот ученый известен работами в области квантовой термодинамики, а также входит в число авторов пертурбативного уравнения ДГЛАП.

Еще один ученый, который также может получить Нобелевскую премию в 2021-м или в ближайшие годы, — швейцарский исследователь Михаэль Гретцель (Michael Grätzel).

«Если взять даже формальные характеристики, он является одним из самых высокоцитируемых ученых современности, превосходя большинство нобелевских лауреатов. Его работы цитировались более 250 тысяч раз, его индекс Хирша составляет 224», ― комментирует Сергей Макаров, декан факультета фотоники, руководитель лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО.

Швейцарский ученый ― один из разработчиков так называемой ячейки Гретцеля. Это солнечный элемент, работающий на принципах, близких к фотосинтезу. Первые «ячейки Гретцеля», предложенные еще в 1991 году, были основаны на пористом слое наночастиц оксида титана, покрытых органическим красителем. Тогда рабочие прототипы имели эффективность до 8%, но в начале второй декады 21 века ее удалось повысить практически до 12%. Промышленное производство солнечных батарей на их основе было начато в 2009 году.

Чуть более десяти лет назад архитектура «ячейки Гретцеля» была существенно улучшена за счет замены красителя и электролита на галогенидный перовскит. Эффективность солнечных элементов увеличилась до 25%, что сделало их сопоставимыми по этому параметру с кремниевыми батареями, которые выпускаются сейчас в промышленных масштабах. В последние годы лаборатория Гретцеля в EPFL (Федеральная политехническая школа Лозанны) проводит исследования по повышению стабильности перовскитных солнечных батарей и их масштабированию.

«Уверен, что фундаментальные основы, заложенные Михаэлем Гретцелем более 30 лет назад, в конечном счете приведут к созданию финального продукта, который поможет в решении все более актуальных энергетических проблем и вызовов, решаемых сейчас совместно всем человечеством. По всему миру создаются стартапы, цель которых — разработка коммерчески привлекательных перовскитных солнечных батарей. Примечательно, Гретцель в мире фотовольтаики настолько известен и имеет авторитет, что даже в названии новых энергетических компаний используют его фамилию: например, в Greatcell Energy — игра слов great и cell, созвучных с Grätzel», ― отмечает Сергей Макаров.

Химия

В последние годы Нобелевскую премию по химии вручали за междисциплинарные работы: в частности, за открытия на стыке с биологией. Например, в 2018 и 2020 годах награды присудили за направленную эволюцию молекул и методы генетического редактирования. А в 2020-м премию получили исследователи, которые разработали метод редактирования генома CRISPR-Cas9.

В этом году, как предсказывают аналитики Clarivate, в числе потенциальных обладателей премии ученые, которые занимаются как, собственно, «чистой» химией, так и те, кто работает на стыке наук.

Первый из номинантов ― Барри Холливелл (Barry Halliwell) из Медицинской школы Юн Лоо Лина в Сингапуре ― работает в области на стыке с биологией. Он долгое время изучал свободные радикалы и механизмы их нейтрализации у растений, а в последние годы переключился на исследование роли свободных радикалов в старении и патогенезе разных болезней, например нейродегенеративных.

Второй номинант по версии Clarivate ― Уильям Йоргенсен (William Jorgensen) из Йельского университета ― связан с медициной. Ученый занимается вычислительной химией: ищет способы смоделировать взаимодействие между молекулами. Йоргенсен известен своими моделями реакций в водных растворах, но сейчас он занимается применением компьютерных методов для разработки лекарств, в том числе блокаторов обратной транскриптазы (их используют для лечения ВИЧ).

Третий номинант ― Мицуо Савамото (Mitsuo Sawamoto) из Университета Тюбу ― известен как открыватель реакции радикальной полимеризации с переносом атома. С ее помощью получают, например, оргстекло и полиакриламид. Используемые при этом металлорганические катализаторы обеспечивают контролируемое течение реакции.

Как отмечает Екатерина Скорб, профессор, директор Научно-образовательного центра инфохимии Университета ИТМО, если судить о направлениях, которые в последние годы находятся на переднем крае науки, то еще один кандидат на Нобелевскую премию — Джордж Уайтсайдс (George McClelland Whitesides). Труды этого американского ученого, работающего в Гарвардском университете, посвящены в основном ЯМР-спектроскопии, металлоорганической химии, микротехнологиям, микрогидродинамике и нанотехнологиям.

«Можно отметить работы ученого, связанные с самособирающимися монослоями (англ. self-assembled monolayers) ― это сегодня используется в электронике, а также исследования, посвященные микрофлюидике, которая уже сейчас позволяет делать сложные приборы для разных направлений химии и биотехнологий: от ДНК-секвенирования до домашних "лабораторий на чипе"», ― говорит Екатерина Скорб.

Нобелевская премия в фактах и цифрах

Нобелевские премии вручаются с 1901 года. Это происходит в годовщину смерти шведского изобретателя и фабриканта Альфреда Бернхарда Нобеля: в 1895 году он составил завещание, обязывающее создать фонд, проценты с которого будут выдаваться в виде премии тем, кто принес наибольшую пользу человечеству. Согласно завещанию, указанные проценты делились на пять равных частей, предназначенных для поощрения открытий в области физики, химии, физиологии или медицины, шедевров в литературе и особых достижений перед человечеством (Нобелевская премия мира).

Как правило, нобелевским лауреатом можно стать лишь один раз, лишить человека этого статуса нельзя. Однако были в истории ученые, который удостоились премии дважды. Американский физик Джон Бардин получил ее в первый раз в 1956 году за изобретение транзистора, а во второй ― в 1972-м, за разработку теории сверхпроводимости (способности некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением).

Англичанину Фредерику Сенгеру два раза присуждали Нобелевскую премию по химии: в 1958 году — за установление структуры инсулина, в 1980-м ― за фундаментальные исследования биохимических свойств нуклеиновых кислот, в частности рекомбинантных ДНК.

Две награды получил и американский химик Лайнус Карл Полинг: в 1954 году — по химии, а в 1962-м ― за особые достижения перед человечеством. Полинг был активным противником испытаний ядерного оружия.

В 1903 году Мария Кюри и ее муж Пьер Кюри стали лауреатами Нобелевской премии (за исследования явлений радиации). Позднее Мари Кюри удостоилась собственной — за открытие полония и радия. Таким образом, она стала не только первой женщиной — лауреатом престижной награды, но и первым ученым, получившим премию в двух различных областях (физике и химии).

В этом году 4 октября стали известны новые обладатели Нобелевской премии в области физиологии и медицины. 5 октября назовут имя лауреата по физике, 6 октября ― химии, 7 октября ― по литературе. 8 октября в Осло объявят лауреата Премии мира, 11 октября (вновь в Стокгольме) ― имя обладателя Премии Государственного банка Швеции памяти Альфреда Нобеля в области экономики (неофициальная Нобелевская премия по экономике). Вручение наград запланировано на 10 декабря в рамках Нобелевской недели. Однако в 2021 году из-за продолжающейся пандемии коронавируса премии будут вручаться в странах, где находятся лауреаты, а не на церемонии в Стокгольме.

*Одним из наиболее авторитетных в точных науках считается прогноз компании Clarivate. Ей принадлежит несколько информационных систем, в том числе крупнейшая база научного цитирования Web of Science. Исследования ученых, которые ежегодно попадают в прогноз от Clarivate, признаны на самом высоком уровне. В деталях методология, как их включают в список, неизвестна, однако основана она на выборе из базы Web of Science статей более чем с двумя тысячами цитирований

Хотите рассказать о своем проекте, исследовании или разработке? Пишите!

Контакты:

• news@itmo.ru