3 giải thưởng “Nobel châu Á” 2011

Huy chương cho người nhận giải thưởng Shaw – Ảnh: madrimasd.org

Xuất xứ những vụ nổ mạnh nhất trong vũ trụ

Enrico Costa

Giải thiên văn học được chia đôi cho Enrico Costa (sinh 1944, quốc tịch Ý) và Gerald Fishman (1943, Mỹ) với công trình nghiên cứu chớp gamma. Tia gamma (ký hiệu là Y) – một loại bức xạ điện từ hay quang tử có tần số cao hơn tia X, bước sóng nhỏ hơn 100 picometre, thường phát ra tia điện từ cứng từ các phản ứng hạt nhân, quá trình phóng xạ, hay tương tác giữa các hạt như quá trình hủy cặp electron-positron.

Chớp gamma (viết tắt GRB từ tên tiếng Anh gamma ray burst) là sự phát bức xạ gamma bất thường trên bầu trời làm nên những vụ nổ mạnh nhất trong vũ trụ, chỉ sau Big Bang. Tuy nhiên, để xác định nguồn gốc, tìm biện pháp dự đoán vị trí và thời điểm xuất hiện của nó phải mất gần 30 năm dụng công nghiên cứu và thực nghiệm.

Từ vũ trụ, bức xạ gamma không xuyên qua được tầng khí quyển Trái đất, nó được các vệ tinh nhân tạo Vela tình cờ ghi nhận được vào năm 1967 khi các vệ tinh này đo lượng tia roentgen và tia gamma phát sinh từ các vụ thử vũ khí hạt nhân trên bề mặt Trái đất. Phân tích 16 chớp gamma, các chuyên gia của phòng thí nghiệm quốc gia Los-Alamos loại trừ khả năng tia gamma có xuất xứ từ Trái đất và chính thức công bố kết quả này năm 1973 trên tạp chí Astrophysical Journal.

Gerald Fishman – Ảnh: shawprize.org

Năm 1991, Mỹ đưa tiếp lên quỹ đạo đài quan trắc gamma Compton mang theo BATSE – thiết bị đo các chớp và các sự kiện nhất thời – nên xác định được chớp gamma phân bố đồng đều trong không gian vũ trụ, nguồn của chớp gamma không liên quan gì đến dải Ngân hà và cách rất xa hệ Thiên hà (trong đó có Trái đất). Gerald Fishman chính là chủ công trình sáng chế thiết bị BATSE.

Tuy nhiên, nguyên nhân dẫn đến sự xuất hiện chớp gamma vẫn còn mù mờ cho đến năm 1996, khi vệ tinh BeppoSAX được phóng lên quỹ đạo.

Và lần đầu tiên, tháng 2-1997, ánh sáng muộn nhanh tàn của chớp gamma – do trong thành phần chứa cả ánh sáng muộn trong các vùng quang phổ còn lại như X-quang, cực tím, ánh sáng, hồng ngoại, vi ba, radio – nên các kính thiên văn trên mặt đất đã ghi nhận được.

Tiếp đó, nhiều chớp gamma được quan sát, cho phép xác định đích xác vị trí phát sinh tia gamma là từ những vụ nổ siêu mới. Enrico Costa chính là tổng công trình sư chế tạo vệ tinh BeppoSAX.

Từ thể trạng… con ruồi, đến số phận con người

Bruce Beutler

Giải y học được chia cho ba nhà y – sinh học: Jules Hoffmann (1941, Luxembourg), Bruce Beutler (1957, Mỹ) và Ruslan Medzhitov (1966, Mỹ gốc Tajikistan) về công trình nghiên cứu “Miễn dịch bẩm sinh – khả năng của cơ thể chống lại các mầm bệnh từ môi trường”.

Hệ thống miễn dịch bẩm sinh có từ xa xưa và là chủ yếu trong mọi loài sinh vật (thực vật, nấm, côn trùng), mãi về sau này con người mới nhận biết được. Động vật có vú chủ yếu tiếp thụ miễn dịch ngoại lai, vì thường phải tiêm chủng, do đó hoạt động của hệ miễn dịch bẩm sinh bị phá vỡ, dẫn tới hậu quả nặng nề là cơ thể thường chịu lệ thuộc vào sự can thiệp của y học.

Quan sát các đột biến sinh học dẫn đến phá vỡ hệ miễn dịch của loài ruồi giấm Drosophila melanogaster – một sinh vật mẫu, phổ biến trong nghiên cứu di truyền học – và hậu quả của nó là cơ thể ruồi mang gen đột biến đó không thể sản sinh đủ bạch cầu để loại trừ nấm lây nhiễm Aspergillus fumagatu.

Tiến hành những thí nghiệm công phu, Jules Hoffmann tìm thấy nguyên nhân: trong tổ hợp các bạch cầu còn thiếu hai bạch cầu khác, một ứng phó sự viêm nhiễm, còn một – tên là Toll – rất cần thiết cho sự sắp đặt đúng đắn các bộ phận cơ thể của phôi. Chính vì thế bạch cầu Toll có vai trò rất quan trọng cho hoạt động của hệ miễn dịch bẩm sinh sau này. Vậy vai trò của bạch cầu Toll trong hệ miễn dịch bẩm sinh của con người thì sao?

Jules Hoffmann – Ảnh: mosimann für Balzan

Ruslan Medzhitov giải quyết được vấn đề đó. Ông cùng đồng nghiệp Charles Janeway (1943-2003) tìm thấy ở con người loại bạch cầu tương tự Toll và đặt tên là TLR (Toll-like receptor) có các phân tử phân bố ở da và niêm mạc của một số dạng tế bào máu, đảm bảo chức năng miễn dịch bẩm sinh.

Sự kết hợp TLR với những nhóm cơ sở trong các tế bào đó sẽ sản sinh tổ hợp các phân tử của cytokine là các protein hoặc glycoprotein điều hòa, tạo phản ứng chế ngự viêm nhiễm và thúc đẩy hàng loạt hoạt động giúp cơ thể đấu tranh với mầm bệnh.

Và Bruce Beutler đã tìm ra cơ chế để TLR nhận biết mầm bệnh: chúng gây phản xạ đối với một số phân tử nhất định hiện diện ở da và niêm mạc của vi sinh vật (gọi là lipopolysaccharide – phân tử phức hợp có cả hai thành phần lipid và đường tổng hợp) để đánh phá các tế bào từ bên trong vi khuẩn. Ngoài ra Bruce Beutler còn dùng nhiều phương pháp khác để đi đến kết luận: TLR là hết sức quan trọng trong hoạt động của hệ miễn dịch bẩm sinh ở con người.

Mở lối vào “bài toán thiên niên kỷ”

Richard Hamilton – Ảnh: math.washington.edu

Giải thưởng toán học đồng trao cho Demetrios Christodoulou (1951, Hi Lạp) và Richard Hamilton (1943, Mỹ) về những công trình sáng tạo sử dụng phương trình vi phân đạo hàm riêng trong hình học Riemann và ứng dụng của chúng vào thuyết tương đối rộng và Topo hình học.

Các công trình nghiên cứu của Demetrios Christodoulou là đóng góp quan trọng cho hình học không gian – thời gian và thuyết các phương trình vi phân. Richard Hamilton là tác giả học thuyết dòng Ricci trong các dạng thức khác của hình học Riemann.

Sử dụng kỹ thuật dòng Ricci và vượt qua những trở ngại cuối cùng của chương trình Hamilton, nhà toán học Nga Grigori Perelman đã chứng minh được giả thuyết Poincaré, cho thấy sức mạnh của cách tiếp cận theo phương pháp hình học vi phân trong các câu hỏi và vấn đề của Topo hình học, đồng thời suy tôn vai trò quan trọng của các phương pháp giải tích.

Giải xong “bài toán thiên niên kỷ” đó, G. Perelman được Viện toán Clay tặng giải thưởng 1 triệu USD, nhưng ông từ chối chủ yếu vì viện này không biết đánh giá xứng đáng công trạng của Richard Hamilton là đã sáng tạo một cơ sở lý thuyết cần thiết.

Thiết nghĩ phần thưởng tuy có lớn nhưng vẫn chưa là động lực chính cho các nhà khoa học – những người làm công việc của mình chỉ vì hứng thú, say mê. Nhưng phần thưởng cũng chẳng là thừa, và thêm nữa – sẽ góp phần nâng cao vị thế của nhà nghiên cứu: họ sẽ được đồng nghiệp vì nể, và quan trọng là sẽ được những nhà nghiên cứu trẻ, triển vọng tìm đến để học hỏi, cộng tác và thành tài.