Космос как фабрика жизни. Масштабные проекты привлекают ученых в Россию

Российские ученые, которые возвращаются из стран Запада в отечественные научные организации, – реальность сегодняшнего дня. Существуют ли в России условия для передовых научных исследований? Какие возможности для этого предоставляют мегагранты? Об этом корреспонденту РИА Новости рассказал доцент кафедры физики Самарского государственного университета Иван Антонов.

– Я уехал в США в 2005 году учиться в аспирантуре. Когда уезжал, рассчитывал, что в какой-то момент вернусь. После окончания аспирантуры в 2013 году продолжил заниматься научной работой в США, у меня сложилась неплохая научная карьера. Искал позицию профессора в университете первого уровня с возможностью иметь свою хорошо оснащенную лабораторию.

С другой стороны, я следил, как неплохо развивается лаборатория в самарском филиале Физического института им. П.Н.Лебедева РАН (ФИАН), где я, собственно, начинал свою трудовую деятельность после окончания университета. В 2021 году меня пригласили туда на работу, и я вернулся в Россию. До сих пор у меня не возникает сомнений в правильности сделанного выбора.

– Я работаю на стыке химии и физики. Диссертацию защищал по специальности «физхимия», но, по сути, всегда занимался химфизикой. Методами спектроскопии изучал молекулы из тяжелых атомов актинидов урана и тория в газовой фазе.

Четыре года проработал в американской Национальной лаборатории Сандия, где изучал горение топлив с химической точки зрения. И еще четыре года занимался атомной, молекулярной и оптической физикой в направлении, которое включает в себя создание квантовых компьютеров и квантовых стандартов частоты.

Сейчас в России работаю сразу в нескольких направлениях. Например, участвую в разработках ионных криогенных ловушек, используемых в опытах со сверххолодными атомами и молекулами. Там очень много всего интересного, и мне бы хотелось развиваться в этой сфере.

Сегодня очень много говорят про квантовые технологии с акцентом на то, что квантовый компьютер сможет взломать любые коды или решить какие-то нерешаемые задачи. На мой взгляд, истинная ценность этих исследований в том, чтобы научиться манипулировать веществом на уровне отдельных молекул, отдельных квантов. Это позволит создать аналитические инструменты с максимально возможной чувствительностью.

Представьте себе, что у вас есть одна молекула, которую вы можете покрутить, разобрать, собрать, все о ней узнать. Или, например, перевести ее в нужное квантовое состояние, заставить реагировать с другой молекулой так, как вам надо. Фундаментальные исследования в этой области рано или поздно дадут прикладные результаты.

– Сотрудники Самарского университета под руководством профессора Университета Флориды Александра Мебеля в 2018 году выиграли мегагрант по созданию физически обоснованных моделей горения.

Александр Мебель организовал в университете команду из специалистов, которые умеют хорошо рассчитывать квантово-механические молекулярные свойства и скорость химических реакций, чтобы изучать процессы образования сажи в пламени. И они очень серьезно продвинулись в этом направлении – раскрыли фундаментальные механизмы реакций, опубликовали множество статей. Хотя мегагрант закончился несколько лет назад, созданная лаборатория продолжает плодотворно работать. Я также сотрудничаю с этой командой.

В настоящее время в самарском филиале ФИАН реализуется мегагрант по астрохимии с интригующим названием «Возникновение и эволюция органических соединений в нашей Галактике». Мы создаем экспериментальную установку для изучения кинетики реакций, протекающих в космосе. Это реакции, которые протекают в экстремальных условиях при сверхнизких температурах под воздействием излучения. В них пока мало кто разбирается.

Во многом этот мегагрант перекликается с предыдущим, но в отличие от сажи и горения мы занимаемся сверххолодными ледяными пленками, которые мы собираемся выращивать на металлической мишени, облучать их ультрафиолетовыми фотонами или электронами и потом смотреть, что получилось, испаряя продукты реакции в газовую фазу и анализируя их при помощи масс-спектрометра.

– Да, мы планируем подавать заявку на новый мегагрант. С большой вероятностью он задействует экспериментальную установку, построенную в Самарском университете. Мы готовы использовать уникальную научную установку и наши навыки, полученные в ходе выполнения предыдущего мегагранта, для достижения еще более значимых результатов.

В принципе было бы интересно изучать материалы с пониженной размерностью – пленки, одномерные материалы, металлоорганические кластеры. К примеру, существуют комплексы – оксиды графена – с металлами, которые имеют широкий ряд прикладных применений. С практической точки зрения весьма перспективны металлорганические комплексы, которые используются как антидетонационные присадки к топливу. Мы их будем изучать при помощи нашей установки в Самарском университете.

Все эти направления связаны либо с реакциями, либо со спектроскопией, либо с квантовыми технологиями. Постараемся выиграть проект, чтобы участвовать в этой работе.

– Мегагрант – это замечательная идея. Это большой объем финансирования, на который можно не просто выплачивать зарплату исполнителям, но и закупать самое совершенное оборудование и создавать лабораторию мирового уровня, которая потом будет выдавать не только первоклассный научный продукт, но и давать импульс в разработках новых наукоемких технологий.

К сожалению, у нас существуют проблемы с закупками оборудования. Обычно финансирование по мегагранту приходит в середине года, и до конца года нужное оборудование не удается закупить. Например, турбомолекулярные насосы, необходимые для получения сверхвысокого вакуума, делают три-четыре компании в мире. Но они делают их под заказ, примерно за шесть месяцев с полной предоплатой. А по условиям мегагранта мы должны закупать оборудование при полной постоплате.

Мы ищем поставщика, который берет на себя все финансовые риски, переплачиваем ему. Но даже в этом случае, если мы получаем деньги в середине года (а до этого мы не можем вообще никаких контрактов заключать), мы просто физически не успеваем заказать то, что хотим. Такая ситуация тянется не первый год, и мы не одни такие.

За рубежом обычно это решается путем переноса денег на следующий год. У нас же требования отчетности такие, что ничего переносить нельзя либо это делается в порядке большого исключения. Это сильно вредит работе, потому что ученые не могут заказать нужные приборы с длительным сроком производства, которые у нас не производятся. Грустно на это смотреть.

– В области астрохимических реакций мне было бы очень интересно изучить возможности формирования прекурсоров нуклеиновых кислот в космическом пространстве.

Это достаточно реально сделать, потому что нуклеотиды, которые должны образоваться, – прочные устойчивые молекулы. Если взять в нужной пропорции все нужные атомы в составе простых молекул, обнаруженных в космическом пространстве, вкачать в них излучением энергию с десяток электронвольт на атом, то молекулы, которые их держат, развалятся, пересоберутся, и с какой-то вероятностью образуются нуклеотиды.

Именно это в принципе должно происходить в космосе на поверхности частиц космической пыли. Там образуется тонкая пленка из газов, которые есть в космическом пространстве, – это метан, аммиак и какие-то чуть более сложные молекулы типа метанола или ацетонитрила.

Мы знаем, что процесс образования этих молекул – азотистых оснований нуклеиновых кислот аналогичен хорошо изученному процессу образования сажи. Те же радикальные реакции, только в двух-трех местах углерод заменяется на азот. Мы теоретически знаем, что они должны происходить, осталось экспериментально доказать, что они происходят. Это будет очень интересный результат. Он будет означать, что основа для жизни, молекулярные строительные блоки могли образоваться в космосе.

В конечном смысле мы хотели бы создать кинетическую модель образования определенных органических молекул в космосе, с пониманием механизмов и скоростей реакций. С ее помощью мы могли бы смоделировать эволюцию газопылевого облака при образовании звезды в космосе, предсказать эволюцию в том числе и нашей Солнечной системы с момента образования, понять, какие химические вещества синтезировались на покрытых льдом пылинках, чтобы потом, слипшись, образовать кометы, которые впоследствии могли занести первые строительные кирпичики для биомолекул на Землю. Вот такая у нас большая цель.