جایزه بِرِیک‌ثرو (Breakthrough Prize) : تقدیر از ستارگان دنیای علم
ستارگان بنام، فرش قرمز و جوایز متعدد. نسخه‌ی آشنایی است، نه؟ اما این بار خبری از نخل طلایی کن، اسکار، گلدن‌گلوب، اِمی، گِرَمی، بفتا یا دیگر جوایز دنیای سینما، تلویزیون و موسیقی نیست. ستارگان خبرساز این‌بار در ماونتین‌ویوی کالیفرنیا گرد آمدند تا با اهدای جوایز «بریک‌ثرو» (Breakthrough Prize) از برجسته‌ترین فیزیک‌دانان، ریاضی‌دانان و دانشمندان علوم زیستی تقدیر کنند. بنیان‌گذار جایزه بریک‌ثرو (که برخی آن را به «نوآوری پیشرو» و برخی دیگر «کشف انقلابی» ترجمه می‌کنند) «یوری میلنر» است، سرمایه‌گذار روسی و از صاحب‌نفوذان سیلیکون‌ولی که قصد داشت فیزیک‌دان نظری برجسته‌ای شود، ولی از دنیای اینترنت سر درآورد. علاوه بر او سرگئی برین (از بنیان‌گذاران گوگل)، آن ووج‌چیکی (از ۲۳andMe)، جک ما (مدیراجرایی علی‌بابا) و همسرش کتی ژانگ، مارک زاکربرگ (از بنیان‌گذاران فیسبوک) و همسرش پریسچیلا چان، پشتیبانی مالی جایزه‌ی بریک‌ثرو را برعهده دارند. این افراد که همگی از سرشناسان سیلیکون‌ولی و پیشروان دنیای فناوری محسوب می‌شوند، مبلغ ۹/۲۱ میلیون دلار را برای هفت جایزه‌ی سالانه اختصاص داده‌اند و گروهی از برندگان سالهای گذشته، برندگان جدید را انتخاب می‌کنند.
میلنر در گفت‌وگو با خبرنگاران، هدف از تأسیس جایزه‌ی بریک‌ثرو را این‌طور توضیح می‌دهد: «اگر امروز به فهرست ۱۰۰ چهره‌ی شناخته‌شده یا ستاره در ایالات‌متحده نگاه کنید، هیچ دانشمندی در میانشان نمی‌بینید. دلیلش این است که طی ۵۰ سال اخیر تمام دنیا ازجمله ایالات‌متحده و روسیه در مسیر غلطی گام نهاده‌اند و دانشمندان را فراموش کرده‌اند. تا نیم‌قرن پیش کمتر کسی بود که نام آلبرت اینشتین یا ریچارد فاینمن را نشنیده باشد و این دو فیزیک‌دان بزرگ علاوه بر دانشمند تراز اول، چهره‌ای اجتماعی نیز محسوب می‌شدند.
۵۰ سال پیش، اوج موقعیت اجتماعی دانشمندان بود و از آن زمان به بعد این وضعیت رو به افول رفته است. ایده‌ی اصلی اهدای جوایز بریک‌ثرو ساده است، می‌خواهیم مردم دانشمندان را همانند ستارگان دنیای هنر ببینند تا تعداد بیشتری از دانش‌آموزان نوجوان و ترغیب شوند دانش‌پیشگی را دنبال کنند و به گسترش مرزهای دانش بپردازند.» ما هم به توضیحات آقای میلنر این نکته را اضافه می‌کنیم که اگر «معروف شدن در حدستارگان سینما و دنیای موسیقی» به‌اندازه‌ی کافی وسوسه‌گر نیست، ارزش مالی جایزه را دست‌کم نگیرید که کمتر کسی می‌تواند در برابر مبلغ بی‌نظیر سه میلیون دلاری این جایزه مقاومت کند.
هفته‌ی دوم نوامبر (آبان) امسال سومین دوره‌ی اهدای جایزه‌ی بریک‌ثرو برگزار شد و مراسم اهدای جوایز برای نخستین بار به‌طور زنده از شبکه‌ی کابلی نشنال‌جئوگرافیک به نمایش درآمد. مراسم در مرکز تحقیقات ایمز ناسا برگزار شد و محوطه با پوشش‌های شفاف پوشیده شده بود تا حضار بتوانند نیم‌نگاهی هم به تأسیسات عظیم این پایگاه فضایی بیندازند.هدف اولیه‌ی میلنر دستیابی به ۵۰ تا ۱۰۰میلیون بیننده در زمان پخش زنده‌ی اهدای جوایز است و او برای دستیابی به این هدف تعداد زیادی از ستارگان سینما، تلویزیون و موسیقی را به این مراسم دعوت کرده بود، اما جایزه هنوز گام‌های نخستین مشهور شدن را برمی‌دارد. با وجود مبلغ بالای جایزه که از نظر مالی دو برابر ارزش جایزه‌ی نوبل است و نام‌های بزرگی که طی دو سال گذشته مفتخر به دریافت این جایزه شده‌اند، این جایزه راه زیادی پیش رو دارد تا بتواند به اعتبار جوایز بین‌المللی مانند نوبل و مدال فیلدز دست یابد.
امسال علاوه بر هفت جایزه‌ی سه میلیون دلاری، جایزه‌ای ۵۰۰هزار دلاری به هشت پژوهشگر جوان که در آغاز حرفه‌ی خود هستند و جایزه‌ای ۴۰۰هزار دلاری به دانش‌آموزی دبیرستانی اهدا شد که در ادامه با آنها آشنا می‌شوید.
علوم زیستی – تحقیقات آلزایمر
علیه بیماری مغزخوار
جان هاردی-استاد یونیورسیتی‌کالج لندن
تا اواخر دهه‌ی ۱۹۸۰ (۱۳۶۰) بیماری آلزایمر رازی سربه‌مهر برای دانشمندان بود. در کالبدشکافی، آسیب‌شناسان می‌توانستند تغییرات مخرب مغز بیماران را ببینند، اما سؤال این بود که این بیماری چگونه آغاز می‌شود و مغز چطور تحلیل می‌رود؟ خبرهایی از وجود معدود خانواده‌هایی به گوش می‌رسید که این بیماری در آنها ارثی است و به همین دلیل برخی دانشمندان حدس زدند که شاید جهشی ژنتیکی عامل این بیماری است؛ اما شناسایی این خانواده‌های خاص بیش از حد دشوار بود.
در اواخر دهه‌ی ۱۹۸۰ (۱۳۶۰) بانویی انگلیسی اهل ناتینگهام با دکتر جان هاردی در یونیورسیتی‌کالج لندن تماس گرفت و پیشنهاد داد خانواده‌اش تحت مطالعات پزشکی قرار بگیرد. پدر این خانم ۹ خواهر و برادر داشت که پنج نفر از آنها به آلزایمر مبتلا شده بودند و این خانم انگلیسی توانسته بود این بیماری را تا سه نسل قبل رهگیری کند. تحقیقات تیم پزشکی دکتر هاردی به کشف جهشی ژنتیکی منجر شد که اگر به نسل بعد منتقل می‌شد، حتماً فرد را به آلزایمر مبتلا می‌کرد. این ژن مسؤول تولیدAPP (پروتئین پیش‌ساز آمیلوئید) بود و هر عضو آن خانواده‌ی انگلیسی که این ژن را به ارث برده بود، آمیلوئید بیش از حدی در بدنش تولید و درنهایت به آلزایمر مبتلا می‌شد. این‌چنین بود که دانشمندان برای نخستین بار توانستند به درکی کلی از چگونگی تحلیل رفتن مغز در بیماری آلزایمر برسند. از آن زمان تاکنون پژوهشگران متعددی در سراسر جهان با ایجاد این جهش ژنتیکی در موش‌ها و دیگر حیوانات آزمایشگاهی روند این بیماری را به‌دقت بررسی کرده‌اند و در جست‌وجوی داروهایی هستند که اثر این جهش ژنتیکی را خنثی کند تا درنهایت راهی برای درمان آلزایمر بیابند.
جان هاردی به‌پاس این کشف بزرگ، جایزه‌ی سه میلیون دلاری بریک‌ثرو را دریافت کرد.
علوم زیستی – اپتوژنیک
تاباندن نور بر وجه تاریک سلول‌های عصبی
کارل دیسروث-استاد دانشگاه استنفورد و محقق انستیتو پزشکی هاوردهیوز، ادوارد بویدِن-استاد ام.آی.تی (انستیتو فناوری ماساچوست)
کارل دیسِروث به همراه ادوارد بویدن، به خاطرنقش کلیدی‌شان در ابداع اپتوژنتیک هر یک جایزه‌ای سه میلیون دلاری دریافت کردند. اپتوژنتیک روشی است که به دانشمندان امکان می‌دهد با استفاده از نور، نورون‌های منفرد یا گروهی از سلول‌های عصبی را روشن و خاموش کنند. استفاده از این روش تحولی در مطالعات مغز ایجاد کرده، چراکه به دانشمندان امکان می‌دهد فرضیات خود را درمورد چگونگی فعالیت مغز بیازمایند. پژوهشگران با استفاده از این روش توانسته‌اند با تحریک سلول‌های مغزی مرتبط، نوعی رفتار تهاجمی را در مگس‌ها فعال کرده یا از کار بیندازند و هم‌چنین احساس تشنگی را درموش‌ها ایجاد کرده یا برطرف کنند. هرچند این روش بیش از یک دهه است در سراسر دنیا به کار می‌رود، اما تعیین این‌که چه کسی باید بابت ابداع این روش جایزه بگیرد، برای هر کمیته‌ای سخت و دشوار بود. دکتر بویدن، دکتر دیسروث و سه دانشمند دیگر در سال ۲۰۰۵ (۱۳۸۴) مقاله‌ای منتشر کردند که کمیته‌ی داوران بریک‌ثرو آن را به‌عنوان نوآوری پیشرو و کشف برجسته معرفی کرد. در این مقاله توضیح داده شده بود که چگونه می‌توان بی‌هیچ مشکلی نورون‌های پستانداران را با استفاده از نور کنترل کرد و همین مقاله باعث استفاده‌ی عموم دانشمندان از این روش شد. صدالبته که مقاله‌ی بویدن و دیسروث همانند بیشتر کشفیات علمی بر پایه‌ی کارهای علمی پیشین تهیه شده بود. اپسین‌ها (مواد شیمیایی حساس به نور که نقشی کلیدی در اپتوژنتیک دارند) از دهه‌ی ۱۹۷۰ (۱۳۵۰) مورد مطالعه قرار گرفته‌اند و در سال ۲۰۰۲ (۱۳۸۱) برای نخستین بار دانشمندان توانستند اجرایی بودن اپتوژنتیک را اثبات کنند. بویدن و دیسروث جزو شش دانشمندی بودند که در سال ۲۰۱۳ (۱۳۹۲) برِین‌پرایز (جایزه‌ی مغز) اروپا را به خاطر ابداع اپتوژنتیک دریافت کردند.
فیزیک بنیادی – نوسان نوترینوها
شکارچیان اشباح
نوترینوها اشباح دنیای زیراتمی هستند. آنها به‌راحتی و همانند مهتابی که از پنجره می‌تابد، از درودیوار و حتی بدن ما عبور می‌کنند و از آن جالب‌تر این‌که به‌سان جاسوسان، پیوسته هویت خود را تغییر می‌دهند. نوترینوها به همراه فوتون‌ها که نور را منتقل می‌کنند، فراوان‌ترین ذرات شناخته‌شده در عالم و برخلاف فوتون‌ها بسیار گریزپایند.
جایزه‌ی فیزیک بنیادی امسال به گروه۱۳۷۰ نفری از فیزیک‌دانان تعلق گرفته که بیست سال است در تونل‌های زیرزمینی با ابزارهایی پیشرفته تلاش می‌کنند اسرار این ذرات شبح‌وار سرگردان در کیهان را آشکار کنند. این گروه از فیزیک‌دانان در پنج آزمایشگاه بزرگ تحقیقات نوترینو فعالیت می‌کنند که عبارت‌اند از:
آزمایش سوپر-کامیوکانده برای آشکارسازی نوترینو واقع در کامیوکا (ژاپن) به رهبری تاکاآکی کاجیتا و یویچیرو سوزوکی
رصدخانه‌ی نوترینوی سادبری (Sudbury) در اونتاریو (کانادا) به رهبری آرتور مک‌دونالد
آزمایش نوترینوی رآکتور دایا بِی (Daya Bay) در چین به رهبری ییفانگ وانگ و کام-بیو لوک
آشکارساز نوترینوی کم‌لند (KamLAND) در تویاما (ژاپن) به رهبری آتسوتو سوزوکی
آزمایش نوسان نوترینو بر اساس خط پایه‌ی طولانی KEK تا کامیوکا و توکای تا کامیوکا (ژاپن) به رهبری کویچیرو نیشیکاوا
فیزیک‌دانان تامدت‌ها تصور می‌کردند نوترینوها جرم ندارند، اما فعالیت‌های این محققان نشان داد که آنها جرم دارند و از نوعی به نوع دیگر تبدیل می‌شوند. امروز می‌دانیم که جرم مجموع نوترینوهای کیهان تقریباً معادل جرم تمام ستارگان عالم است و علاوه بر آن، دقیقاً می‌دانیم که درون خورشید چه اتفاق‌هایی رخ می‌دهد.
شایان‌ذکر است که امسال سال بزرگی برای فیزیک نوترینو بود، چراکه جایزه‌ی نوبل فیزیک ۲۰۱۵ (۱۳۹۴) نیز به دکتر کاجیتا و دکتر مک‌دونالد اهدا شد.
نمایی از آشکارساز نوترینوی سوپر-کامیوکانده، ژاپن
علوم زیستی – تحقیقات کلسترول
دیگر نگران کلسترول خونتان نباشید!
هلن هلابز – استاد مرکز پزشکی ساوث‌وسترن وابسته به دانشگاه تگزاس و محقق انستیتو پزشکی هاوردهیوز
هلن هابز و همکارش جاناتان کوهِن پس از خواندن مقاله‌ای کوتاه در توصیف خانواده‌ای فرانسوی که سطح کلسترول LDL (خطرناک‌ترین نوع کلسترول) در بدن‌شان بسیار بالا بود و براثر حمله‌ی قلبی و سکته دچار مرگ زودرس می‌شدند، به تحقیق روی کلسترول علاقه‌مند شدند. اعضای این خانواده‌ی فرانسوی جهشی در ژن PCSK9 داشتند، ولی عملکرد این ژن ناشناخته بود. هابز و کوهن از خود پرسیدند اگر مقادیر بیش‌ازحد PCSK9 باعث بیماری قلبی می‌شود، آیا مردمی که مقادیر کمی از آن دارند سالم می‌مانند؟
این دو با بررسی دقیق اطلاعات ژنتیکی مطالعه‌ای فدرال متوجه شدند حدود ۵/۲درصد از سیاه‌پوستان جهشی ژنتیکی دارند که یک کپی از این ژن را نابود می‌کند و ۲/۳درصد از سفیدپوستان جهشی ژنتیکی دارند که نسخه‌ای از این ژن را از کار انداخته ولی از بین نمی‌برد. در هر دو گروه مقادیر اندکی از PCSK9 در بدن تولید می‌شد و سطح LDL پایین بود. به نظر می‌رسید افراد این دو گروه تقریبا در برابر بیماری‌های قلبی ایمنی دارند، حتی آن‌هایی که درگیر عوامل خطرساز دیگری مانند فشارخون بالا، مصرف سیگار یا دیابت بودند.
پس‌ازاین نتیجه هابز پرسید اگر هر دو نسخه‌ی PCSK9 نابود شود چه اتفاقی می‌افتد؟ او توانست بانوی جوانی را پیدا کند که ژن PCSK9 را نداشت. این خانم مربی ایروبیک کاملاً سالم بود و هیچ مشکلی از نظر باروری نداشت و این درحالی بود که سطح LDL خون او ۱۴ بود که بسیار پایین‌تر از حداقل اعلام‌شده در کتاب‌های پزشکی است. (متوسط سطح LDL در انسان‌ها ۱۰۰ است). این کشف، رقابتی کم‌نظیر را بین شرکت‌های داروسازی به راه انداخت تا با تولید داروهایی که اثر جهش PCSK9 را تقلید می‌کردند، سطح کلسترول مشتریان خود را کاهش دهند.
این داروها می‌توانند سطح کلسترول خون را تا محدوده‌ی ۳۰ تا ۴۰، ۲۰ تا ۳۰ و حتی ۱۰ تا ۲۰ کاهش دهند. نخستین گروه از این داروها امسال برای مصرف گروهی خاص تایید شد؛ افرادی که کلسترول خونشان بالاست، در معرض بیماری‌های قلبی قرار دارند و نمی‌توانند سطح کلسترول را با استاتین‌ها پایین بیاورند.
علوم زیستی – ژنتیک فرگشتی
ایندیانا جونز دی‌ان‌ای‌ها
سوانته پابو-مدیر انستیتو مکس‌پلانک برای مردم‌شناسی فرگشتی، آلمان
روزگاری نه‌چندان دور، دانشمندانی که روی فرگشت هوموساپینس تحقیق می‌کردند، مجبور بودند فقط در میان استخوان‌شکسته‌ها و ابزارهای سنگی نمونه‌های باستانی‌شان به جست‌وجوی شواهدی در تأیید یا رد فرضیاتشان بپردازند. اما دانشمندان امروزی می‌توانند علاوه بر آنها توالی‌های ژنتیکی انسان‌هایی را که ده‌ها هزار سال پیش می‌زیسته‌اند نیز بکاوند و هیچ‌کس به‌اندازه‌ی سوانته پابو در استخراج ژنوم انسان‌های باستانی نقش نداشته است.
در اوایل دهه‌ی ۱۹۸۰ (۱۳۶۰) دکتر پابو نخستین تلاش خود را برای یافتن مواد ژنتیکی باستانی روی مومیایی مصری۲۴۰۰ سالهای انجام داد. او موفق شد بخش‌هایی از توالی ژنوم این مومیایی را استخراج کند و همین انگیزه‌ای شد تا به سراغ فسیل‌ها و بقایای قدیمی‌تر، نخست حیوانات و سپس انسان‌های باستانی برود. در سال ۱۹۹۷(۱۳۷۶) پابو و همکارانش توانستند بخش‌هایی از مولکول دی.ان.ای را از فسیل نئاندرتال‌ها استخراج کنند. در سالهای اخیر، تیم تحقیقاتی دکتر پابو موفق شده تمام ژنوم نئاندرتال‌ها را با همان دقتی بازسازی کند که ژنوم انسان‌های امروزی استخراج می‌شود.
اسرار پنهان در دی.ان.ای انسان‌های باستانی بارها و بارها دکتر پابو و دیگر پژوهشگران را حیرت‌زده کرده است. آنها کشف کرده‌اند پیش از آن‌که نئاندرتال‌ها در ۴۰هزار سال پیش منقرض شوند، حداقل دو بار با انسان‌های مدرن پیوند برقرار کرده و نسل‌های مشترکی برجا گذاشته‌اند. این گروه تحقیقاتی هم‌چنین توانست نسلی منقرض‌شده از انسان‌ها را که «دِنیسوان‌ها» نام گرفته‌اند، از روی یک استخوان انگشت کوچک شناسایی کند. در حال حاضر، دکتر پابو در حال بررسی تفاوت‌های زیستی رمزگذاری‌شده در ژنوم هوموساپینس‌ها‌ست تا بتواند پاسخ‌هایی برای ابهامات موجود در سیر فرگشتی آنها پیدا کند.
ریاضیات – توپولوژی
کاشف متواضع بعدها
یان آگول-مرکز مطالعات پیشرفته، دانشگاه کالیفرنیا-برکلی
خیلی از مردم با شنیدن واژه‌ی منیفولد (manifold) یاد قطعاتی از موتور خودرو و به‌طور مشخص لوله‌های ورود و خروج هوا و اگزوز می‌افتند، اما اینجا می‌خواهیم از توپولوژی هندسی صحبت کنیم.
در ریاضیات به هر جسمی که به نظر می‌رسد در مقیاس کوچک صاف است، منیفولد می‌گویند. برای مثال تا قرن‌ها مردم فکر می‌کردند زمین صاف است، زیرادر مقیاس کوچک (همان محدوده‌ای که انسان عادی با چشم می‌بیند) زمین صاف به نظر می‌رسد. حالا کمی بحث را جدی‌تر می‌کنیم: خط و دایره، منیفولدهای یک‌بعدی هستندو صفحه و کره، منیفولدهای دوبعدی.موضوع تحقیقاتی «یان آگول» منیفولدهای چهار یا پنج‌بعدی است که در حوزه‌ی توپولوژی ابعاد پایین مطرح می‌شود. او به‌پاس تلاش بی‌نظیرش در توسعه‌ی توپولوژی ابعاد پایین و نظریه‌ی گروه‌های هندسی و اثبات چند قضیه‌ی بنیادی در این حوزه شایسته‌ی دریافت جایزه‌ی بریک‌ثرو شناخته شد و جایزه سه میلیون دلاری ریاضیات امسال را دریافت کرد.
توپولوژی ابعاد پایین به بررسی منیفولدهای ۲،۳ و ۴ بعدی می‌پردازد و شامل بررسی گره‌ها و ارتباط آنها رده‌های نقشه‌برداری و مسائل متنوعی از گروه‌بندی است
جوایز جانبی
در کنار این هفت جایزه‌ی اصلی، پنج جایزه‌ی ۱۰۰هزار دلاری افق‌های نو در فیزیک و ریاضیات به هشت پژوهشگر جوان و آینده‌دار تعلق گرفت که عبارت‌اند از:
آندری نرنوینگ از دانشگاه پرینستون، لیانگ فو از ام.آی.تی و ژیائو-لینگ کی از دانشگاه استنفورد برای مشارکت در فیزیک ماده‌ی چگال
رافائل فلاوگر از دانشگاه تگزاس در آستین، لئوناردو سناتوره از دانشگاه استنفورد برای مشارکت در کیهان‌شناسی نظری
یوجی تاچیکاوا از دانشگاه توکیو برای مطالعات نظریات میدان‌های کوانتومی ابرتقارنی
لری گوث از ام.آی.تی برای حل مسائل قدیمی هندسه‌ی سیمپلکتیک
آندره آروخا نِوِس از امپریال‌کالج لندن برای مشارکت در حل مسأله‌ی۵۰ ساله‌ی حدس ویلمور
جایزه‌ی ۲۵۰هزار دلاری چالش نوآورانه‌ی نوجوانان (Breakthrough Junior Challenge)نیز در قالب بورس تحصیلی به رایان چستر ۱۸ساله رسید. چالش بریک‌ثرو جونیور برای ویدئوهایی با مضمون فیزیک یا ریاضی طراحی شده و رایان در ویدئویی توانسته بود نسبیت خاص اینشتین را به شیوه‌ای نوآورانه توضیح دهد. علاوه بر چستر، معلم علوم او نیز جایزه‌ای ۵۰هزار دلاری دریافت کرد و قرار شد دبیرستان محل تحصیل او، نورث‌رویالتون به آزمایشگاهی پیشرفته به ارزش ۱۰۰هزار دلار مجهز شود.
