داستان‌های جذاب علمی و شخصی برندگان نوبل ۲۰۲۶

آکادمی سلطنتی سوئد اخیراً برندگان جوایز نوبل سال ۲۰۲۶ را معرفی کرده است. هر یک از این دانشمندان، چه در زمینه فعالیت‌های علمی و چه در زندگی شخصی خود، داستان‌های شنیدنی و جذابی برای ارائه دارند. به عنوان مثال، فرانسیس هالزن از دانشگاه ویسکانسین-مدیسن، که قرار است اواخر امسال جایزه نوبل فیزیک را دریافت کند، از یک امتیاز ویژه برخوردار خواهد بود: تمام توجهات تنها به او معطوف می‌شود.

برخلاف بسیاری از برندگان نوبل فیزیک که مجبورند صحنه را با همکاران یا رقبای خود شریک شوند، دکتر هالزن اولین برنده‌ای خواهد بود که از سال ۱۹۹۲ به تنهایی این افتخار را کسب می‌کند. در بیانیه اهدای جایزه که روز سه‌شنبه منتشر شد، از «مشارکت‌های تعیین‌کننده او در رصدخانه نوترینویی آیس‌کیوب» تقدیر شده است.

آیس‌کیوب، یک آشکارساز ذرات است که در حجم یک کیلومتر مکعب از یخ‌های نزدیک قطب جنوب قرار گرفته و نتیجه تلاش ۴۵۰ پژوهشگر از ۱۴ کشور مختلف است. با این حال، به گفته اُلف دانیلسون، فیزیک‌دان دانشگاه اوپسالا و دبیر کمیته نوبل فیزیک، «بدون دیدگاه علمی او، انجام این کار غیرممکن بود».

نشریه اکونومیست در گزارشی به سوژه‌های علمی برندگان نوبل پرداخته است، از جمله آشکارسازی نوترینوها که نیازمند بینش علمی فوق‌العاده‌ای است. نوترینوها از نظر الکتریکی خنثی هستند و ذرات بسیار کوچکی محسوب می‌شوند. این ذرات عملاً در برابر دو نیروی الکترومغناطیسی و گرانش مقاوم بوده و می‌توانند بدون شناسایی از بیشتر آشکارسازهای ذرات عبور کنند. برهم‌کنش آنها با ماده معمولی عمدتاً از طریق نیروی هسته‌ای ضعیف صورت می‌گیرد.

با وجود ماهیت شبح‌مانند، نوترینوها در سراسر جهان به وفور یافت می‌شوند. این ذرات هم از واکنش‌های شکافت هسته‌ای و هم از واکنش‌های همجوشی هسته‌ای تولید می‌شوند؛ به همین دلیل، خورشید منبعی قدرتمند و نزدیک برای آنهاست. در هر ثانیه، حدود ۶۵ میلیارد نوترینوی خورشیدی از سطحی به اندازه ناخن انگشت انسان عبور می‌کنند. واکنش‌های خورشیدی تولیدکننده نوترینو، ذرات دیگری از جمله پروتون‌ها را نیز آزاد می‌کنند. با این حال، گاهی پروتون‌هایی به زمین می‌رسند که انرژی آنها میلیون‌ها برابر بیشتر از پروتون‌های خورشیدی است. این نشان می‌دهد که منشأ آنها باید منابعی بسیار قدرتمندتر و دورتر باشد.

هنوز به طور کامل مشخص نیست که این شتاب‌دهنده‌های طبیعی ذرات دقیقاً چه هستند و چگونه ذراتی با چنین انرژی بالایی تولید می‌کنند. پروتون‌ها دارای بار الکتریکی هستند و در مسیر رسیدن به زمین تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی منحرف می‌شوند؛ بنابراین، بازسازی مسیر آنها تا مبدأ اصلی دشوار است. با این حال، همان فرآیندهایی که این پروتون‌ها را شتاب می‌دهند، باید نوترینوهای پرانرژی نیز تولید کنند. در دهه ۱۹۸۰، دکتر هالزن از جمله دانشمندانی بود که دریافتند به دلیل تمایل بسیار کم نوترینوها به برهم‌کنش با ماده، می‌توانند مسافت‌های عظیمی را بدون مانع طی کنند و به عنوان پیام‌رسان‌هایی ایده‌آل از اجرام پنهان عمل کنند.

با این وجود، یک مشکل اساسی باقی می‌ماند: چگونه می‌توان این ذرات را آشکارسازی کرد؟ آشکارسازهای پیشین نوترینو بر مخازن بزرگی از پرکلرواتیلن، مایعی که در خشک‌شویی استفاده می‌شود، متکی بودند. دانشمندان این مخازن را پر می‌کردند و منتظر می‌ماندند تا نوترینوها – که به ندرت با اتم‌های مایع برهم‌کنش می‌کنند – سرانجام یک واکنش قابل شناسایی ایجاد کنند. اگرچه می‌شد از رویکردی مشابه برای جست‌وجوی نوترینوهای نادر فراخورشیدی نیز استفاده کرد، اما برای ثبت حتی یک نوترینو، به آشکارسازی بسیار بزرگ‌تر از نمونه‌های ساخته شده پیشین نیاز بود.

این نیاز منجر به شکل‌گیری ایده ساخت آیس‌کیوب (IceCube) شد. ساخت این رصدخانه در سال ۲۰۰۴ آغاز و در سال ۲۰۱۱ به پایان رسید. این سامانه تنها دو سال بعد توانست ۲۸ نوترینوی پرانرژی کیهانی را شناسایی کند و پنجره‌ای جدید به سوی کیهان بگشاید. روز سه‌شنبه، وقتی از دکتر هالزن پرسیدند این پنجره ممکن است چه رازهایی را آشکار کند، او که از طریق تلفن با خبرنگار گفت‌وگو می‌کرد، پاسخ داد: «هیجان واقعی ماجرا در این است که هنوز نمی‌توانم به این پرسش پاسخ بدهم.»

برندگان جایزه فیزیولوژی یا پزشکی شاید بتوانند با اطمینان و خوش‌بینی بیشتری درباره مزایای بالقوه پژوهش‌های خود صحبت کنند. کارل دایسروت از دانشگاه استنفورد، پیتر هگمن از دانشگاه هومبولت برلین و گئورگ ناگل از دانشگاه وورتسبورگ به دلیل پایه‌گذاری علم اپتوژنتیک مورد تقدیر قرار گرفتند. این فناوری به عصب‌پژوهان امکان می‌دهد با استفاده از نور، سلول‌های منفرد مغز را در لحظه فعال کنند و از این طریق، دقیقاً مشخص سازند که هر سلول چه نقشی ایفا می‌کند. چنین قابلیتی به پژوهشگران کمک می‌کند هم سازوکارهای بنیادی زیست‌شناسی عصبی و هم مبانی عصبی بیماری‌ها را بررسی کنند.

داستان این دستاورد به دهه ۱۹۹۰ و پژوهش‌های دکتر هگمن بازمی‌گردد. او در آن زمان بررسی می‌کرد که جلبک‌های تک‌سلولی از سرده کلامیدوموناس (Chlamydomonas) چگونه به نور واکنش نشان می‌دهند. او دریافت که واکنش این جلبک‌ها سریع‌تر از پاسخ مشابه در چشم انسان است. در شبکیه چشم انسان، یک مولکول پروتئینی نور را تشخیص می‌دهد و سپس به طور غیرمستقیم پروتئین دیگری را که کانال یونی نام دارد، فعال می‌کند تا یک سیگنال الکتریکی ایجاد شود. دکتر هگمن این فرضیه را مطرح کرد که در جلبک‌های مورد مطالعه او، این فرآیند پیچیده و چندمرحله‌ای به شکلی فشرده‌تر انجام می‌شود.

آزمایش فرضیه او با ابزارهایی که در آن زمان در دسترس بود، دشوار از آب درآمد؛ تا اینکه پیشرفت چشمگیر علم ژنومیک به کمکش آمد. گروهی از پژوهشگران ژاپنی نقشه DNA جلبک کلامیدوموناس را تهیه کرده بودند و نشان داده بودند که این DNA حاوی دو ژن است که شباهت‌هایی سایت تفریحی با ژن‌های مسئول تولید پروتئین‌های حساس به نور در برخی جانداران دیگر دارند. زمانی که دکتر هگمن از دکتر ناگل کمک گرفت، این یافته تأیید شد. دکتر ناگل DNA این دو ژن تازه‌شناسایی‌شده را به تخمک‌های قورباغه وارد کرد. این تخمک‌ها سپس پروتئین‌های موردنظر را در مقادیری تولید کردند که برای آزمایش کافی بود. همان‌طور که دکتر هگمن پیش‌بینی کرده بود، مشخص شد این پروتئین‌ها کانال‌های یونی‌ای هستند که با نور تحریک می‌شوند.

دکترهای ناگل و هگمن که به اهمیت کشف خود پی