Các khoa học gia Mỹ thống lĩnh Kavli 2012

TTCT - Quỹ Kavli đã quyết định tặng giải thưởng Kavli cho bảy nhà khoa học, gồm sáu người Mỹ và một người Đức, vào ngày 31-5 tại Oslo (Na Uy).

Phóng to

David C. Jewitt, Jane Lưu, Michael E. Brown - Ảnh: kavliprize.no

Giải thưởng Kavli được trao lần đầu tiên năm 2008 do Quỹ thiện nguyện mang tên doanh nhân và nhà từ thiện Na Uy Fred Kavli. Mê khoa học từ nhỏ, Fred Kavli tốt nghiệp chuyên ngành vật lý thực hành và mở doanh nghiệp chuyên sản xuất các bộ cảm biến dùng trong hàng không vũ trụ và công nghiệp ôtô. Năm 2000, Kavli bán lại doanh nghiệp đang ăn nên làm ra của mình với giá 345 triệu USD và tập trung nhiều thời gian hơn cho các công việc khoa học thiện nguyện.

Vật lý thiên văn: “Sát thủ Diêm vương tinh”

Ba khoa học gia Mỹ David Jewitt (Đại học California), Jane Lưu (khoa học gia Mỹ gốc Việt, ở Viện Công nghệ Massachusetts - MIT) và Michael Brown (Viện Công nghệ California) đã nhận giải thưởng trong lĩnh vực “to nhất” theo cách nói của Kavli. Đó là những thành tựu trong “khám phá và mô tả vành đai Kuiper với những thành phần lớn nhất của nó, công trình dẫn tới một bước tiến lớn trong tìm hiểu lịch sử hệ hành tinh của chúng ta”.

Vành đai Kuiper (*) là một vùng rộng lớn bên ngoài quỹ đạo của sao Diêm vương, được hình thành chủ yếu bởi nước, ammine và methane. Người ta cho rằng những vật chất tạo nên dải Kuiper là những mẩu thiên thể còn sót lại sau khi hình thành Thái dương hệ và “không cần thiết” cho việc tạo lập các hành tinh.

Các giả thiết đầu tiên về việc ngoài các hành tinh quay quanh Mặt trời còn có nhiều vật thể lớn khác đã xuất hiện từ thập niên 1930, ngay sau phát hiện ra sao Diêm vương. Các nhà thiên văn nhận thấy trên những biên hệ xa của Thái dương hệ có nhiều thiên thể nằm khá xa nhau nên không thể “quyện” lại thành những cấu thể lớn hơn. Ý tưởng về sự tồn tại một hay nhiều dải thiên thể ngày càng được nhiều nhà thiên văn ủng hộ, nhưng chỉ đến cuối thế kỷ 20 mới xuất hiện giả thiết vành đai thiên thể này.

Jewitt và nghiên cứu sinh khi ấy của ông Jane Lưu là những người đầu tiên định vị được các vật thể của vành đai Kuiper, từ thập niên 1980, khi họ tìm được một thiên thể đường kính 160km và đặt tên là 1992 QB1. Đó là khẳng định đầu tiên cho “cư dân” của vành đai Kuiper. Sau đó họ tìm ra nhiều thiên thể khác của dải, làm sáng rõ hơn các hình dung về thành phần này của vũ trụ.

Michael Brown nghiên cứu vành đai Kuiper trễ hơn các đồng nghiệp, từ năm 1988. Ông tổ chức một cuộc khảo sát quy mô lớn toàn bộ khu vực sao Diêm vương, tập trung vào những vùng nằm bên ngoài quỹ đạo Thái dương hệ. Chính ở đó ông đã phát hiện những vật thể lớn nhất của Vành đai Kuiper được biết đến nay: Quaoar (năm 2002), Makemake (2005) và Eris (2005).

Riêng Eris có đường kính qua mặt cả sao Diêm vương, khiến hành tinh này chỉ còn là “sao lùn” trong mắt các nhà thiên văn học và Michael Brown được đặt biệt danh là “sát thủ Diêm vương tinh”. Những thiên thể được phát hiện này còn sáng tới mức có thể dùng quang phổ học để định lượng các vật liệu hình thành nên bề mặt của chúng.

Phóng to

Cornelia Isabella Bargmann, Winfried Denk, Ann M. Graybiel và Mildred S. Dresselhaus - Ảnh: kavliprize.no

Công nghệ Nano cho khoa học gia từng mơ làm cô giáo

Nữ khoa học gia của Viện Massachusetts Mildred Dresselhaus nhận giải Kavli cho những nghiên cứu từ thập niên 1960. Bà quan tâm tới tính chất của các vật “đánh mất” một hay hai chiều kích của nó, thí dụ đặc tính của carbon khi kéo căng đến độ dày chỉ còn khoảng một nguyên tử. Mildred Dresselhaus đã giúp xác định những đặc tính quan trọng nhất của carbon hai chiều, thí dụ tính dẫn điện đáng ngạc nhiên của nó cũng như tìm xem nó tác động thế nào tới những vật chất khác.

Trong phần đánh giá, Quỹ Kavli cho rằng Mildred Dresselhaus đã đặt nền tảng cho việc tìm thấy C60, ống nano carbon (nanotubes) và graphene. Quỹ Kavli nhận định: “Câu chuyện của carbon đan quyện với câu chuyện của khoa học nano. Năm 1996 phát hiện ra fullerene (một dạng carbon chứa 500 nguyên tử carbon liên kết thành một hình cầu, chịu nhiệt tốt và có điện tích, dùng trong công nghiệp điện tử và làm dầu nhờn) được trao giải Nobel hóa học, năm 2008 phát hiện ống nano carbon được trao giải thưởng Kavli, rồi năm 2010 Nobel vật lý được trao cho khám phá ra graphene”.

Một điều thú vị là nữ khoa học gia này đã khởi đầu từ ước mơ trở thành... một cô giáo tiểu học. Cho đến năm thứ hai đại học, sau giờ học vật lý với Rosalyn Yalow (nữ khoa học gia sau này đoạt Nobel y sinh học), Mildred Dresselhaus mới phát hiện nỗi đam mê vật lý của mình. Bà quyết định theo đuổi ngành vật lý, một lựa chọn nghiêm túc mà cũng rất phiêu lưu, bởi vào thời đó số phụ nữ tham gia lĩnh vực nghiên cứu này chiếm tỉ lệ không quá 2%.

Sinh học thần kinh: cho cơ chế nhận thức

Trong lĩnh vực nghiên cứu về hệ thần kinh, ba nhà khoa học Cornelia Bargmann (Đại học Rockefeller, Mỹ), Winfried Denk (Viện nghiên cứu y khoa Max Planck, Đức) và Ann Graybiel (thuộc MIT) đã được trao giải Kavli cho những công trình thoạt đầu có vẻ rất không liên quan đến nhau. “Sợi chỉ đỏ” liên kết những nghiên cứu của họ, theo Ủy ban Kavli, là các cơ chế của sự nhận thức, tức phản ứng đối với những tác nhân bên ngoài, và tiến trình thông qua quyết định. Các khoa học gia đã nghiên cứu vấn đề này trên các cơ thể rất khác nhau, từ loài côn trùng đến động vật có vú.

Cornelia Bargmann đi tiên phong trong việc nghiên cứu các chương trình di truyền kiểm soát hoạt động của mạch thần kinh ra sao. Sử dụng loại bọ Caenorabditis elegans, Bargmann không chỉ biết số tế bào thần kinh của nó mà còn hiểu rõ cơ chế tương tác của 302 tế bào này. Thí dụ, nghiên cứu một phản ứng nào đó của Caenorabditis elegans, như việc nó bò tới một mục tiêu do “nghe mùi” của mục tiêu, bà có thể tìm ra những tế bào thần kinh nào tương tác với nhau.

Năm 1997, bà đã chứng minh được chính các tế bào thần kinh chứ không phải các cơ quan khứu giác, quyết định bọ Caenorabditis elegans sẽ di chuyển đến một nguồn tỏa ra mùi hay đi khỏi nguồn này. Có nghĩa, theo Bargmann, chính tế bào thần kinh “quyết định” một mùi nào đó dễ chịu hay khó chịu với cơ thể. Ngoài ra, bà còn nghiên cứu chi tiết cơ chế và sinh lý của những tiến trình nhận thức từ các tác nhân kích thích khác nhau, trong đó nhiều kết luận của bà ở mức độ này hay khác có thể ứng dụng đối với người.

Winfried Denk được trao giải Kavli nhờ phát minh hai phương pháp thực nghiệm hỗ trợ rất nhiều cho việc nghiên cứu bộ não. Thập niên 1990, ông tìm ra phương pháp soi kính hiển vi đa quang tử, cho phép nhận được những hình ảnh rất rõ nét của vật thể nghiên cứu. Phương pháp thứ hai cho phép nghiên cứu cấu trúc ba chiều của vật thể, điều rất cần thiết khi tìm hiểu phản ứng không đối xứng của các tế bào thần kinh lên tác nhân này hay tác nhân khác (một trong các lĩnh vực mà Denk nghiên cứu).

Ann Graybiel được trao giải Kavli nhờ nhiều năm nghiên cứu cấu trúc modun của những nếp nhăn trong não đóng vai trò quan trọng trong việc học tập. Ann Graybiel vẽ được bản đồ tương tác giữa các tế bào thần kinh trong nếp nhăn vỏ não của chuột và hiểu rõ chúng được kích thích ra sao khi chuột được dạy kỹ năng này hay khác. Các nếp nhăn vỏ não này cũng rất quan trọng để kiểm soát nhận thức, góp phần vào cơ chế của những rối loạn như tâm thần phân liệt, bệnh Parkinson và thói nghiện ngập.

To nhất, nhỏ nhất và phức tạp nhất

Quỹ Kavli được thành lập năm 2005 chuyên tài trợ cho các hội thảo khoa học, các viện nghiên cứu, các phòng thí nghiệm khoa học. Kavli quan tâm ba lĩnh vực chính: vật lý thiên văn, công nghệ nano và khoa học thần kinh. Ông giải thích sự chọn lựa này như sau: “Tôi quyết định ủng hộ ba lĩnh vực khoa học: một nghiên cứu về những thứ to nhất, một nghiên cứu những thứ nhỏ nhất và ngành thứ ba chuyên về những thứ phức tạp nhất”.

Để thúc đẩy sự phát triển ở ba ngành này, Kavli lập ra một quỹ giải thưởng trị giá 1 triệu USD cho mỗi lĩnh vực (so sánh giải thưởng Nobel những năm gần đây trị giá 1,5 triệu USD cho mỗi lĩnh vực). Giải thưởng Kavli không nhằm cạnh tranh mà là một bổ sung cho giải Nobel vì Quỹ Nobel không thưởng “chuyên” cho các nhà vật lý thiên văn, công nghệ nano và chuyên gia thần kinh mà họ có thể nhận giải ở một phạm trù chung là “khoa học vật lý”, “hóa học” và “y sinh học”.

Ngoài ra, Giải Kavli còn muốn sửa chữa một trong những khiếm khuyết của giải Nobel: tính thời sự, do Kavli khẳng định giải thưởng sẽ trao cho những thành tựu “nóng hổi” ở ba lĩnh vực nêu trên. Ủy ban bình chọn giải Kavli gồm các thành viên do Viện hàn lâm Khoa học Na Uy cùng các viện hàn lâm và tổ chức khoa học tương đương ở các nước Pháp, Anh, Mỹ, Đức, Trung Quốc giới thiệu.

__________

(*): Tên gọi xuất phát từ việc nhà thiên văn Mỹ gốc Hà Lan Gerard Kuiper năm 1951 đã dự báo về sự tồn tại của một “vành đai” các thiên thể trong Thái dương hệ. Vành đai này trải rộng từ quỹ đạo của Hải vương tinh (khoảng 30 AU) tới 44 AU từ phía Mặt trời. (Wikipedia)