GeorgyNsk2017

Обнаружение отклонений от Стандартной модели (СМ) несет важную информацию для возможного уточнения современной теории микромира. Одно из направлений поиска физики за рамками СМ – измерение в эксперименте и сравнение с теоретическими расчетами значения аномального магнитного момента мюона. Для расчета этой величины физики используют экспериментальные данные по измерению сечения рождения адронов в электрон-позитронной аннигиляции (взаимное исчезновение с последующим рождением новых частиц) в широком диапазоне энергий – величины R. В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) в эксперименте на детекторе КЕДР коллайдера ВЭПП-4М с лучшей в мире точностью была измерена величина R в области энергии 1,84 — 3,72 ГэВ. Результаты опубликованы в журнале Physics Letters B.

Стандартная модель считается неполной, так как не объясняет ряд важных физических явлений (наличие темной материи, преобладание вещества над антивеществом во Вселенной) и на квантовом уровне описывает лишь три из четырех известных человечеству взаимодействий: электромагнитное, слабое и сильное, но не гравитационное. Поэтому при сверхвысоких энергиях, в процессах на ранней стадии расширения Вселенной или в сверхредких распадах и прецизионных измерениях при низких энергиях, доступных для изучения в настоящее время, могут наблюдаться отклонения измеренных величин от рассчитанных в рамках СМ значений. Попытки обнаружить эти отклонения принято называть поиском Новой физики.

«Обнаружение отклонений от СМ, возможно, несет важную информацию для создания теории квантовой гравитации – последнего бастиона, который со времен Альберта Эйнштейна не сдается под мощным натиском нескольких поколений физиков-теоретиков и экспериментаторов, – рассказывает заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Владимир Блинов. – Прорыв в построении квантовой теории гравитационного взаимодействия могут обеспечить физики-экспериментаторы, так как в экспериментах до сих пор не наблюдаются эффекты, связанные с проявлениями квантовой гравитации, а без этих данных теоретики, очевидно, не в состоянии предложить объясняющую их модель. Невозможно описать то, что не наблюдается».

Одним из способов проверки Стандартной модели является сверхточное измерение величины аномального магнитного мюона – существенно более тяжелого побратима электрона. В предыдущем эксперименте, проведенном в Брукхейвенской Национальной Лаборатории (BNL, США) в 1997—2001 гг., наблюдалось небольшое отличие (3,5—4 стандартных отклонения) измеренного значения аномального магнитного момента мюона от вычислений в рамках СМ (для расчетов использовались данные, полученные ранее в экспериментах на ВЭПП-2М в ИЯФ СО РАН). Для обоснованного утверждения, что это действительно проявления Новой физики, необходимы более точные исследования. Поэтому сейчас готовятся два новых эксперимента: в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми в США (первый этап эксперимента уже проведен) и на японском протонном ускорительном комплексе J-PARC с точностью в пять раз лучшей, чем в экспериментах в BNL. Современные эксперименты либо обнаружат указания на Новую физику, либо разрешат наметившееся отклонение от расчетов в рамках СМ.

«Для сравнения результатов экспериментов с предсказаниями CM необходимо точное знание вклада адронной поляризации вакуума, которое может быть получено только в экспериментах по измерению сечения электрон-позитронной аннигиляции в адроны в широком диапазоне энергий (величины R), – добавляет старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Корнелий Тодышев. – Чем точнее требуется произвести расчет, тем с лучшей точностью экспериментаторам необходимо измерить это сечение. Именно измерению сечения электрон-позитронной аннигиляции в адроны в диапазоне энергий от 1,84 до 3,72 ГэВ и посвящен эксперимент, проведенный с детектором КЕДР на коллайдере ВЭПП-4М в ИЯФ СО РАН. В нем проведено измерение данного сечения с лучшей на данный момент в мире точностью».

Однако для расчета адронной поляризации вакуума требуются также прецизионные измерения R в области энергий от 0,3 до 1,84 ГэВ, которые ведутся на другом коллайдере ИЯФ СО РАН – ВЭПП-2000. Набор данных уже проведен и ведется их обработка.

Полученные на новосибирском коллайдере ВЭПП-4М данные в настоящее время являются наиболее точным измерением величины R для данной области энергии. Результаты уже используются в современных теоретических расчетах, что позволяет сделать следующий шаг по точности в проверке Стандартной модели и, возможно, открытию проявлений Новой физики.

Институт ядерной физики

На VI Всемирной конференции по недобросовестным исследованиям (World Conference on Research Integrity), которая недавно прошла в Гонконге, собрались люди, неравнодушные к проблемам в науке: накручиванию цитирования, сокрытию неудобных результатов, подделке данных. На конференцию приехало около 700 участников из более чем 60 стран. Представители из России выступали с четырьмя докладами: о плагиате в текстах диссертаций («Диссернет»), о самооправдании отечественных ученых, согрешивших нарушениями, об экспертизе Российского научного фонда (РНФ) и о релиз-активных препаратах — скрытой гомеопатии, статьи о которой по недоразумению проникли в качественные международные журналы.

Прыжки с автомагистрального моста науки
Центральную тему конференции задал нейробиолог и инженер Алан Финкель (Alan Finkel), занимающий должность Australia’s Chief Scientist (научный консультант кабинета министров Австралии). В своем пленарном докладе он сравнил систему публикации научных знаний с мостом, перекинутым через реку. Раньше ученых было мало — и трафик по мосту был ограниченным, специалисты в одной области хорошо друг друга знали и понимали, кто чего стоит. Теперь же ежегодно публикуется более двух миллионов статей, мост стал высокоскоростной магистралью, но архитектурно практически не изменился, что оказалось чревато проблемами. Теперь по мосту незаметно возят контрабанду, опоры трещат, на пропускных пунктах образовались пробки. Это настолько раздражает некоторых ученых, что они и вовсе предпочитают с моста спрыгнуть (так Финкель пошутил про движение Open Science, агитирующее за свободный доступ ко всем научным публикациям и реформу практики издания научных статей).
На конференции говорили о преимуществах и недостатках открытой науки. С одной стороны, ученые чаще всего получают зарплату за счет налогоплательщиков и государства, и общество имеет право знать, на что уходят деньги. Есть много неплохих журналов, публикующих статьи в свободном доступе за деньги авторов, которые, в свою очередь, компенсируют затраты из научных грантов. Увы, на их фоне появилось очень много хищнических журналов, которые тоже предлагают платные услуги, но не предоставляют адекватного рецензирования, проверки качества статей и публикуют любой мусор. Учитывая, что ученые и финансово, и с точки зрения карьерного роста заинтересованы публиковать много статей, хищнические журналы без труда находят клиентов.
Но некачественные статьи публикуют и журналы, работающие по старой издательской схеме — бесплатно для авторов, платная подписка. Мэтт Ходжкинсон (Matt Hodgkinson), отвечающий за борьбу с недобросовестными статьями в издательстве Hindawi, чьи журналы находятся в открытом доступе, привел в качестве примера публикацию Эндрю Уэйкфилда (Andrew Jeremy Wakefield) насчет того, что вакцины вызывают аутизм. Эта резонансная статья, на которую регулярно ссылаются антипрививочники, вышла в журнале Lancet. Правда, потом ее отозвали.
Другой пример — публикация в журнале Progress in Biophysics and Molecular Biology, авторы которой настолько прониклись интеллектуальными способностями осьминогов, что предположили их инопланетное происхождение. По мнению авторов, метеориты занесли либо их оплодотворенные яйца, либо вирусы, которые заразили моллюсков, изменяли их ДНК и так сделали из них осьминогов. Прекрасная научная фантастика, вот только геном осьминога давно опубликован, и никаких загадок его происхождение не таит — вполне типичный головоногий моллюск с Земли, что подтвердит любой зоолог. Увы, среди авторов (и, видимо, рецензентов) зоологов не было. Что не мешало им писать про грядущую «смену парадигмы».Со своей стороны я бы добавил, что многие журналы, публиковавшие статьи о скрытой гомеопатии, также работали по подписке, а не по принципу открытого доступа. А вот открытый журнал PLOS One быстрее всех отреагировал и отозвал одну из некачественных публикаций. Надо также сказать, что нашумевшая «память воды» началась с публикации в Nature, которую потом в том же журнале и опровергли. Но так и не отозвали.
Препринты и научная колбаса
Горячие дебаты прошли вокруг темы препринтов. Сторонники отмечали, что препринты позволяют научной общественности реагировать на статьи до того, как те будут опубликованы, а авторам оперативно обновлять свой материал с учетом критики. Такие препринты ускоряют обмен знаниями, способствуют обнародованию отрицательных результатов и зарождению дискуссии вокруг противоречивых тем. Противники утверждали, что препринты являются источником фейковых научных новостей, цитируются журналистами без понимания, что статья не прошла рецензирование специалистами. При этом большинство препринтов вообще не получает никаких комментариев. Кроме того, журналы могут не хотеть публиковать то, что и так уже выложено, а наличие большого количества разных вариантов одной и той же статьи может создавать путаницу и приводить к цитированию устаревших версий.
Добавлю, что на конференции активно обсуждалась проблема «публикуйся или умри». Ученые испытывают невероятное давление, заставляющее их публиковаться любой ценой, что приводит к изобилию некачественных или просто бессмысленных, неоригинальных и ненужных статей. Некоторые просто дублируют одни и те же статьи: один из докладчиков, биолог Гарольд Гарнер (Harold Garner), выступил с рассказом о большой базе данных таких дупликаций.
Существует также методика, которую на русский можно перевести словосочетанием «нарезка колбасы» — когда одна работа «нарезается» на части, после чего вместо одной статьи появляется множество очень на нее похожих. Это не самый страшный грех, но часто встречающийся. Знаменитый Джон Иоаннидис (John Ioannidis), знаменитый статьями о проблемах воспроизводимости научных результатов, опубликовал статью в Science, посвященную ученым, публикующим более 70 статей в год, — получается, что такие авторы публикуются каждые пять дней. Это, конечно, вызывает подозрения. Но иногда всё не так плохо. Например, дело одного из этих ученых расследовала специальная комиссия института, которая пришла к выводу, что человек не занимался плагиатом, ничего не подделывал, не дублировал, а просто хорошо адаптировался, имел много международных коллабораций и иногда «нарезал колбасу» — но без нарушений научной этики. Так что и такое бывает.
Поймай меня, если сможешь
Очень интересно, что же на конференции обсуждали многочисленные представители гуманитарных наук. На основной секции было отмечено, что многие соображения о научной честности из биомедицинской литературы (где эта проблема обсуждается наиболее активно) можно пытаться адаптировать к гуманитарным исследованиям. Первым в тематической секции выступил профессор Сорен Холм (Søren Holm) из Манчестерского университета, занимающийся проблемами биоэтики. Его доклад назывался «Нарушения принципов исследований в неэмпирических работах — есть ли аналоги фальсификаций или фабрикаций данных?». Ответ автора был утвердительным. Например, если философ взялся рассуждать об этичности эвтаназии или легализации проституции, но для своего аргумента подгоняет эмпирические данные (игнорирует неудобные биологические или социологические факты), то это явное нарушение научных принципов. Другой пример нарушений, по мнению докладчика, — когда для обоснования вывода в тексте происходит подмена значений термина или термин намеренно трактуется то слишком широко, то узко. Третий — когда из работы напрямую следуют некие невероятные или абсурдные следствия, которые автор умышленно заметает под ковер, чтобы не вызвать скепсис у читателей.
Другой докладчик, Тецуя Исэдо (Tetsuya Isedo) из Университета Киото, говорил о проблеме вымышленных источников. Как Карлос Кастанеда предположительно выдавал за реального человека вымышленного Дона Хуана, так и некоторые авторы книг по истории использовали источники, которые на самом деле не существуют. Одно исследование, посвященное сравнению представлений гуманитариев и естественников о том, что является нарушением научных подходов, выявило, что сходств между первыми и вторыми больше, чем отличий. А главное отличие заключается в том, что гуманитарные исследователи особенно переживают, когда работа, на их взгляд, недостаточно оригинальна.
Масштабы бедствия оказались устрашающими. Оказывается, ученые часто даже не знают, что плагиат и другие нарушения в науке — это плохо. На эту тему было много выступлений, и, кстати, одно из таких исследований проведено в России. В докладе о нем прозвучали ответы людей, участвовавших в анонимном опросе, о причинах нарушений научной этики. Многие отвечали в духе: «Я знал, что меня никто не поймает», «Все так делают, значит, и я могу», «Мне не хватало размера выборки для получения статистической значимости, поэтому я всё умножил в несколько раз».
Один из постеров был посвящен статистическим методам, которые авторы используют в научных статьях. Разработана масса приложений, статистических пакетов, которые позволяют просто ввести цифры и получить заветный P-value. Этими приложениями пользуются люди, которые часто не знают, как работает статистический тест, какие у него допущения, когда его можно или нельзя применять. Например, в работах, которые использовали статистический тест ANOVA, практически никогда не учитываются допущения, которые при этом необходимо принять. В качестве решения проблемы предлагалось консультироваться со специалистом по статистике до начала исследования.
Многие постеры и доклады на конференции касались того, как в разных университетах и институтах пытаются вводить программы по обучению студентов и аспирантов этике проведения научных исследований, а также основам честных подходов в науке. Оборотной стороной медали, по моим ощущениям, является генерация довольно большого количества бессмысленных текстов уже по теме «научной честности», которые попадались мне и на этой конференции, — видимо, это всё та же проблема с мостом, ставшим магистралью. Тема научной честности стала невероятно популярной, на такие исследования тоже выделяются гранты, экспоненциально растет количество публикаций. Наверное, скоро будут конференции по корректным исследованиям в области корректности исследований. С другой стороны, если люди задумаются, всё ли возможное сделано на пути к объективности, это уже будет некоторый шаг вперед.
Особенности национальной псевдонауки
Как выглядит Россия в этом контексте? Василий Власов, доктор медицинских наук, рассказывая о «Диссернете», отметил, что около 20% ректоров российских вузов имеют списанные диссертации. Я и раньше знал эту цифру, но не задумывался о двух важных элементах контекста. По данным того же «Диссернета», на один документ, который является несомненным плагиатом, в среднем приходится четыре, которые были куплены. Понятно, что экстраполировать не совсем корректно, но если это сделать, то картина выглядит совсем печально.
Второй контекст: во всем мире борьба с плохой наукой идет преимущественно сверху вниз. Высокопоставленные ученые и ректоры университетов, стремясь улучшить качество науки и сохранить репутацию вверенного им учреждения, принимают к этому активные меры. Например, в Индии организация, которая дает научные гранты, собирается бороться с плохими и хищническими журналами, составляя списки хороших, ориентируясь на современные мировые тренды. Что делать в России, если в качестве активной меры следовало бы уволить существенную часть ректоров? Что делать в России, когда из экспертных советов ВАКа выводят тех немногих, кто страстно отстаивал научную честность и боролся с плагиатом и фальсификациями, вроде тех же членов «Диссернета»? А в списки ВАКа, напротив, вводят откровенно мусорные журналы, в том числе по теологии? Хорошая новость состоит в том, что недавно наряду с Комиссией по борьбе с лженаукой в Академии наук появилась Комиссия по фальсификациям научных исследований, с большим количеством замечательных и активных участников. Посмотрим, что им удастся сделать.
Небольшая надежда есть на международное сообщество. Например, я узнал, что существует Комитет по публикационной этике (Committee on Publication Ethics, COPE). Для западных издателей эти четыре буквы сегодня значат очень много. Есть процедура, по которой научные журналы принимают стандарты этого комитета. Это придает им некоторой легитимности, но тогда к ним предъявляются определенные требования — и в случае нарушений журнал может лишиться права быть членом COPE. Проверить, входит ли журнал в COPE, очень легко: просто вбить его название на сайте в разделе «Members».
Кстати, в результате нашей борьбы с плохими статьями Олега Эпштейна про релиз-активные препараты несколько журналов его публикации отозвали. Но чаще мы сталкивались с равнодушием редакторов. На конференции я пообщался с представителями некоторых издательств этих журналов (Hindawi, Springer, Nature, Elsevier). Все они пообещали разобраться в ситуации. А еще я узнал, что жаловаться можно напрямую в COPE. Например, если какой-то журнал совсем «заврался» и публикует очень много ерунды.
Проверим, насколько это работает.
Александр Панчин, канд. биол. наук

Троицкий вариант

Специалисты Национального медицинского исследовательского центра имени академика Е. Н. Мешалкина и учёные Института химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского СО РАН исследовали нестабильные атеромы (атеросклеротические бляшки) в сонных артериях и обнаружили, что в их формировании принимают участие эритроциты. Сейчас предстоит выяснить, обусловлен ли этот процесс генетикой или иными причинами.

Сегодня нестабильные атеромы являются одной из основных нерешенных проблем в лечении атеросклероза. Дело в том, что сосудистая стенка непрерывно испытывает динамическое воздействие протекающей крови. Поэтому в стенке находятся клеточные элементы, которые постоянно её укрепляют. Если бы их не было, сосуды бы постоянно разрывались, приходили в негодность, и это приводило бы к ранней смерти.

«Так эволюционно сложилось, что процессы старения организма и укрепления сосудистой стенки, поддержания её работоспособности, сбалансированы у разных людей по-разному. У одних они работают хорошо, а у других со временем “укрепление” начинает преобладать, формируются холестериновые бляшки, наслаиваются друг на друга, и в какой-то момент эти массы существенно суживают сосуд, — рассказывает руководитель центра сосудистой и гибридной хирургии НМИЦ им. акад. Е.Н. Мешалкина доктор медицинских наук Андрей Анатольевич Карпенко, — Само по себе это не очень опасно, но у отдельных пациентов бляшки начинают разрываться, на месте разрывов образуются тромбы, что в итоге приводит к острым нарушениям: инфарктам, инсультам, тромбозу периферических артерий. Причем у некоторых людей катастрофа растянута во времени (и проявляется, например, в стенокардии, ухудшение функции миокарда), а у других развивается более стремительно, и крупные фрагменты тромботических масс быстро закупоривают сосуды».

На сегодняшний день стоит задача научиться прогнозировать такие процессы, чтобы вовремя оценивать риски и предотвращать развитие инфаркта, инсульта, ишемии и других серьезных недугов. Для этого несколько лет назад специалисты НМИЦ им. акад. Е.Н. Мешалкина решили подробно изучить клетки, содержащиеся в бляшках сонных артерий. Поскольку операций по удалению последних в клинике проводится очень много, всегда есть материал для исследования, а с другой стороны — зачастую именно атеромы, которые разрываются в сонных артериях, приводят к возникновению инсульта.

Учёные разработали специальный протокол для выделения и исследования клеток из бляшек. Удалось обнаружить, что между функциональной активностью генов в стабильных и нестабильных бляшках действительно существует разница. Как выяснилось, на изменившуюся функцию клеток в нестабильных атеромах влияет локальная гипоксия, то есть недостаточное поступление в структуру бляшки кислорода. А он, в основном, доставляется через эритроциты.

«У нас появилась гипотеза, что изменения газотранспортной функции эритроцитов должны приводить к локальной гипоксии, и, как следствие, к локальной ишемии сосудистой стенки, разрыву бляшки и развитию тромбоза», — говорит Андрей Карпенко.

Для подробного измерения параметров эритроцитов специалисты НМИЦ им. акад. Е.Н. Мешалкина обратились в лабораторию цитометриии и биокинетики Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, в которой уже много лет подробно изучают функции эритроцитов. Её сотрудники занимаются разработкой и усовершенствованием технологии, позволяющей при помощи лазера измерять параметры клеток. Таким образом удалось исследовать 48 параметров эритроцитов.

Учёные выявили чёткую корреляцию: у больных с атеросклерозом и в бляшках сонных артерий жесткость мембран эритроцитов достоверно выше по сравнению со здоровыми донорами. «Эритроцит живет 127 дней. Сейчас стоит задача разделить фракции молодых эритроцитов и тех, которые заканчивают свой физиологический цикл, и сравнить их жесткость. Если у юных эритроцитов она будет такой же, как и у старых, значит, скорее всего, патология имеет генетическое происхождение. Если же жесткость первых окажется меньше, чем у вторых, тогда будет отрабатываться теория, что эритроцит, находясь в кровотоке, на своей мембране абсорбирует липиды или какие-нибудь протеины, которые меняют его жесткость», — рассказывает Андрей Карпенко. По словам учёного, когда эритроцит проходит через мелкие сосуды, он витиеобразно изворачивается (то есть, становится похожим на закрученную макаронину) — изменяя свою форму, как бы вкручивается в мелкие сосуды. Однако чем больше жесткость эритроцита, тем хуже у него получается это делать. Не исключено, что именно витиеобразная форма позволяет эритроциту лучше отдавать кислород в ткани сосуда.

Обычно принято связывать атеросклероз с холестерином из продуктов питания. Считается: потребляя много “плохих“ липидов, мы способствуем тому, что наши сосудистые стенки засоряются. Однако сегодня учёные говорят о том, что холестерин, поступающий к нам с пищей, — это всего лишь 20 % от общего уровня того холестерина, который вырабатывается в организме. «Я думаю, в природе ничего лишнего не бывает. Если начинает избыточно синтезироваться холестерин, значит, идёт какое-то сильное повреждение сосудистой стенки, и он используются в качестве “армирующего” материала, укрепляющего эту стенку. Связано ли это-то с какими-то пищевыми привычками, особенностями физиологии организма или с генетикой, пока не понятно. Будущее в лечении атеросклероза наступит тогда, когда исследователи разберутся, что лежит в основе этого процесса», — отмечает Андрей Карпенко.

Исследование поддержано грантом РНФ. Оно рассчитано на три года, один из которых уже прошёл. За оставшиеся два планируется попытаться найти маркеры, участвующие в образовании нестабильных атером. «Если мы обнаружим какой-то знаковый параметр, влияющий на формирование бляшек, будет разработана специальная диагностическая платформа, чтобы потом цитометры с определением этого параметра тиражировать и внедрять в клиническую практику»,— говорит исследователь.

Наука в Сибири