​Доцент физического факультета НГУ Зураб Силагадзе и выпускница университета Ольга Чащина (École Polytechnique) исследовали способность гипотетически существующих крупинок тёмной материи — зеркальных микрометеоритов — вызывать мутации ДНК, приводящие к раковым заболеваниям.

Статья Ольги Чащиной и Зураба Силагадзе Dark matter as a cancer hazard, опубликованная в июльском номере Physics Letters B, является ответом на вышедшую в 2012 году работу профессора Центра теоретической физики университета Мичигана Кэтрин Фриз и постдока Стокгольмского университета Кристофера Саваджа Dark matter collisions with the human body.

В своем исследовании Кэтрин Фриз и Кристофер Савадж в качестве «частицы-кандидата» тёмной материи рассматривают вимп (гипотетически существующую массивную частицу, подверженную слабым взаимодействиям) и его столкновения с ядрами атомов в теле человека. Учёные проводили расчеты, исходя из известных характеристик вимпов, взяв за «мишень» тело массой 70 кг, состоящее в основном из атомов кислорода, водорода, углерода и азота. Расчеты показали, что наиболее вероятно частицы тёмной материи будут сталкиваться с ядрами кислорода и водорода, и количество столкновений может достигать 100 тысяч в год. Однако в работе подчеркивается, что такое взаимодействие в целом безопасно для человека, в частности, потому что при столкновениях выделяется сравнительно небольшое количество энергии (около 10 кЭв).

Учёные из Новосибирского государственного университета и École Polytechnique решили посмотреть на вопрос вероятности и последствий столкновения частиц тёмной материи с организмом с другой стороны и исследовали весьма экзотический случай — взаимодействие зеркальных микрометеоритов с ДНК (зеркальные метеориты — скопления зеркальных частиц).

 

Теория существования зеркальной материи появилась в середине 20-го века. Физики Цзундао Ли и Чженьнин Янг выяснили, что при слабых взаимодействиях между частицами нарушается пространственная четность.

Пространственная четность (P) — свойство какой-либо величины менять или не менять знак при инверсии пространственных координат. Пространственная четность сохраняется в сильных и электромагнитных взаимодействиях и не сохраняется в слабых взаимодействиях.

Согласно гипотезе, выдвинутой физиками, если бы для каждой элементарной частицы, существующей в «нашем» мире, существовала своя зеркальная частица, это объясняло бы нарушение «симметрии между правым и левым». За исследование нарушения P-четности Ли и Янг получили Нобелевскую премию в 1957 году.

Спустя некоторое время советский физик Лев Ландау предположил, что симметрию между правым и левым, нарушение которой наблюдается в слабых взаимодействиях, можно восстановить без зеркальных частиц, если сохраняется CP-четность (комбинированная четность — произведение зарядовой и пространственной четностей). Но эксперименты показали, что CP-четность тоже не сохраняется. Тогда советские физики Игорь Кобзарев, Лев Окунь и Исаак Померанчук, развивая идеи Ландау, вернулись к гипотезе Ли и Янга о зеркальных частицах и усовершенствовали ее. Термины «зеркальные частицы» и «зеркальное вещество» впервые были введены именно в их работе.

На сегодняшний день исследованиями в области зеркальной материи занимается небольшая группа учёных, в числе которых — Роберт Фут, Зураб Бережиани, Фабрицио Нести, Сергей Блинников.

— Количество вещества во Вселенной больше, чем мы наблюдаем. В существовании тёмной материи уже, наверное, никто не сомневается, другое дело, что кандидаты на место частиц темной материи пока не зарегистрированы. Зеркальная материя — это как бы зеркальный «аналог» электронов, протонов, фотонов, благодаря которым можно было бы объяснить нарушение симметрии между левым и правым на микроскопическом уровне. Например, у нейтрино есть только левое состояние, в случае существования зеркальной материи ему бы соответствовало не антинейтрино с правым состоянием, а правое «зеркальное» нейтрино, и симметрия бы сохранялась, — объясняет доцент физического факультета НГУ Зураб Силагадзе.

По сути, зеркальная материя является одной из возможных форм тёмной материи. Теория предполагает, что зеркальные частицы взаимодействуют с материей путем гравитации, а также смешивания фотонов. Правда, вероятность смешивания «наших фотонов», переносчиков электромагнитного взаимодействия, и зеркальных фотонов очень невелика. В результате этого смешивания зеркальные электроны и протоны приобретают обычный электрический заряд — порядка 10-9 от их зеркальных электрических зарядов.

По словам Зураба Силагадзе, выводы, представленные в статье, «работают» при трех условиях: если существует зеркальная материя; если есть смешивание между зеркальным фотоном и обычным фотоном; если зеркальная пыль находится в околоземном пространстве (скорость зеркальных микрометеоритов при прохождении сквозь земную атмосферу практически не претерпевает изменений и составляет 11–70 км/с). Согласно оценкам, через атмосферу проходит не более 300 кг зеркальных микрометеоритов в год.

ДНК человека содержит порядка 1011 ядер. Физики из НГУ рассчитали, что даже при низкой вероятности смешивания один зеркальный микрометеорит при «встрече» с ДНК способен при потере своей энергии привести в возбужденное состояние порядка 100 нуклеотидов — этого достаточно, чтобы связи в цепочке ДНК разорвались и возникли множественные мутации.

В статье отмечается, что есть доказательства того, что злокачественные клетки в опухолях содержат тысячи случайных мутаций, и объяснить это можно тем, что механизмы восстановления участков ДНК также были повреждены. Для вытеснения атомов органических молекул микрометеоритами в связях ДНК достаточно очень малого количества энергии — всего в 0,1–10 эВ. Возможно, зеркальные микрометеориты — гораздо более опасные канцерогены, чем другие природные источники излучения.

Однако отмечает Зураб Силагадзе, людям не стоит опасаться бомбардировок зеркальными микрометеоритами — похоже, организм оказывается сильнее этого:

— Результаты проведенных нами расчетов необязательно означают, что столкновение микрометеоритов с человеком приводит к раку. Мутации происходят непрерывно, и у организмов есть защита, распознающая поврежденные клетки и восстанавливающая их. Если жизнь на Земле существует уже миллиарды лет, значит, эта защита работает.

Авторы указывают, что множественные одновременные мутаций могут приводить к эволюционному «скачку», так что, возможно, в будущем будет доказана важная роль зеркальной материи в редких эволюционных событиях, если окажется, что она действительно существует.

Анастасия Аникина

Похожие новости

  • 22/07/2017

    Российские ученые установили, что тип галактики зависит от массы черной дыры

    Созданная астрономами модель объяснила, как черные дыры массой в несколько тысяч раз больше массы Солнца могут существовать в центрах шаровых звездных скоплений. Исследование научной группы из Новосибирского государственного университета и Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ, поддержанное грантом Российского научного фонда, опубликовано в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
    1467
  • 15/08/2019

    Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

    ​Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.
    536
  • 01/11/2016

    НГУ развивает международное сотрудничество в рамках коллаборации CMS

    ​Сотрудник Института ядерных наук «Винча», Университета Белграда (Сербия) Милош Джорджевич в октябре 2016 года прочитал в Новосибирском государственном университете курс лекций, посвященных изучению стандартной модели и физики топ-кварков в эксперименте CMS.
    1417
  • 10/08/2016

    В журнале Nature Communications опубликована статья новосибирских ученых

    ​Сотрудники лаборатории нелинейной фотоники Новосибирского государственного университета, созданной в рамках международного центра фотоники Астон-НГУ, и выпускники НГУ Сергей Турицын, Дмитрий Чуркин и Никита Тарасов совместно с соавторами из Университета Астона Ауро Перего и Кестутисом Сталиунасом из университета Барселоны опубликовали в престижном журнале Nature Communications статью, посвященную исследованию нового типа неустойчивости – диссипативной Фарадеевской неустойчивости.
    1994
  • 10/09/2019

    Два миллиарда на образовательные программы для синхротронов могут выделить из бюджета РФ

    Представители новосибирских вузов приняли участие в заседании при Министерстве науки и высшего образования РФ, посвященном разработке образовательных программ обучения специалистов для установок класса «мегасайенс», основанных на синхротронном и нейтроном излучении.
    356
  • 29/12/2018

    Российские ученые рассмотрели новый сценарий эволюции барионной асимметрии Вселенной

    ​Ученые из Новосибирского государственного университета и Института теоретической и экспериментальной физики Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» рассмотрели новый сценарий эволюции барионной асимметрии Вселенной — ситуации, при которой в ней много больше вещества, чем антивещества.
    1120
  • 26/05/2017

    Статья новосибирского ученого о новом типе волоконных лазеров опубликована в журнале Nature Communications

    ​​Заведующий лабораторией волоконных лазеров НГУ, старший научный сотрудник ИАиЭ СО РАН Дмитрий Чуркин вместе с коллегами из Университета Астон Марией Сорокиной и Шурикантом Сугаванамом опубликовали работу, посвященную актуальной теме: исследованию спектральных корреляций в случайном волоконном лазере.
    2186
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые в составе международной группы по-новому объяснили левитацию капель над горячими поверхностями

    ​Ученые из Новосибирского госуниверситета, Томского политехнического университета и Южного методистского университета США разработали новую модель для объяснения поведения капель над горячими жидкостями.
    1466
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    920
  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    2074