Nobelul pentru Fizică 2026 răsplătește un telescop îngropat la 2 km sub gheața Polului Sud

Cele mai puternice acceleratoare de particule din univers nu se află pe Pământ, iar decenii la rând nimeni nu a putut spune unde sunt. Francis Halzen le-a căutat într-un kilometru cub de gheață sub Polul Sud, cablat cu mii de senzori de lumină pentru a prinde cele mai timide particule din fizică. Academia Regală Suedeză de Științe i-a acordat acum Premiul Nobel pentru Fizică pentru acel detector și pentru ceea ce a găsit, și nu trebuie să îl împartă cu nimeni.

Detectorul se numește IceCube și a captat primii neutrini de înaltă energie despre care se știe că provin de mult dincolo de sistemul solar. Neutrinii nu poartă sarcină electrică și aproape deloc masă, iar aproximativ 65 de miliarde dintre ei, veniți de la Soare, trec prin unghia degetului tău în fiecare secundă fără să atingă un singur atom. Deoarece zboară în linie dreaptă și străbat praful, gazul și câmpurile magnetice, rarele neutrini cosmici indică înapoi către locurile violente unde s-au născut. Acest lucru îi face un nou tip de telescop, unul care poate privi în regiuni din care lumina nu poate ieși.

Halzen, fizician născut în Belgia, la Universitatea Wisconsin–Madison, a fost citat „pentru contribuțiile decisive la Observatorul de Neutrini IceCube și descoperirea neutrinilor de înaltă energie de origine astrofizică”. Este prima persoană în 34 de ani care câștigă singur premiul pentru fizică și păstrează toate cele 12 milioane de coroane suedeze. „Francis Halzen a condus o echipă internațională de cercetători și ingineri care ne-au oferit un instrument fantastic. Tenacitatea și viziunea sa științifică au deschis calea către un nou tip de astronomie”, a declarat Mark Pearce, președintele Comitetului Nobel pentru Fizică.

De ce ai nevoie de un ghețar pentru a găsi un accelerator cosmic

Spațiul este străbătut de raze cosmice, în mare parte protoni goi, iar unele sosesc cu energii de până la un milion de ori mai mari decât poate atinge orice laborator de pe Pământ. Ceva acolo le accelerează, poate stele care explodează sau jeturile găurilor negre supermasive. Protonii nu pot dezvălui vinovatul, deoarece câmpurile magnetice le curbează traiectoriile pe drumul spre noi, așa că până când lovesc atmosfera noastră, direcția lor nu mai înseamnă nimic.

Același procese care accelerează protonii ar trebui să producă și neutrini, iar câmpurile magnetice nu îi deviază. Problema este că neutrinii aproape niciodată nu interacționează cu nimic. În rarele ocazii când unul lovește un nucleu atomic, produce o particulă încărcată care străbate materialul și emite o strălucire albastră slabă. Într-un mediu transparent, senzorii pot înregistra acea sclipire și pot reconstrui de unde a venit neutrinul. Neutrinii cosmici sunt atât de rari încât ai nevoie de un volum transparent enorm pentru a prinde măcar câțiva.

Ideea lui Halzen a fost că stratul de gheață antarctic era deja acel volum. La mare adâncime este permanent întuneric, lipsit de creaturile vii care interferează cu detectoarele oceanice, cu radioactivitate scăzută și stabil din punct de vedere geologic, fără cutremure.

Cum au făcut-o

Planul părea de neexecutat. Echipele au trebuit să topească găuri de peste un kilometru adâncime cu un burghiu cu apă fierbinte care funcționează ca un cap de duș elaborat, apoi să coboare cabluri cu senzori de lumină în apă înainte ca aceasta să înghețe din nou. Halzen descrie fiecare senzor ca un bec în sens invers: primește lumină și o transformă într-un semnal electric. Toată construcția trebuia să se încadreze în scurta vară antarctică, între noiembrie și februarie.

Prima încercare, o rețea mai mică numită AMANDA, aproape că a scufundat ideea. La adâncimea la care au fost plasați primii senzori, gheața era plină de bule de aer minuscule care împrăștiau lumina în toate direcțiile, astfel încât o sclipire își pierdea direcția după jumătate de metru. Mai jos, imaginea s-a schimbat complet. Sub aproximativ 1.400 de metri, gheața s-a dovedit a fi atât de clară încât lumina de la o coliziune de neutrini putea călători 300 de metri, mult mai mult decât se aștepta oricine.

IceCube a extins acea lecție. Cele 86 de cabluri ale sale atârnă între 1.450 și 2.450 de metri sub suprafață, la 125 de metri distanță unul de celălalt, fiecare având 60 de senzori distanțați la 17 metri, în total 5.160 de senzori. Kilometrul cub de gheață instrumentată cântărește aproximativ un miliard de tone. Observatorul este gestionat de US National Science Foundation și condus de o colaborare de aproximativ 450 de persoane din 58 de instituții din 14 țări.

Sclipirile care au demonstrat

Cea mai mare parte a ceea ce vede IceCube este zgomot. Peste 100 de milioane de muoni creați de razele cosmice în aerul de deasupra Antarcticii ajung la senzori în fiecare zi, iar câteva sute de neutrini produși în atmosferă de pe partea îndepărtată a planetei sosesc după ce traversează întregul Pământ. Pentru a izola semnalul cosmic, echipa tratează stratul exterior al detectorului ca un scut de veto și păstrează doar neutrinii care se activează în interiorul miezului, departe de margini.

Primele două evenimente convingătoare au apărut din întâmplare, în timpul unei căutări de particule și mai energetice. Fiecare a depus aproximativ un petaelectronvolt, un milion de miliarde de electronvolți, de peste o sută de ori energia pe care Large Hadron Collider o dă fiecăruia dintre protonii săi. Acestea au condus echipa la 28 de neutrini de înaltă energie în aceiași doi ani de date, iar un eșantion mai mare a exclus ulterior o origine atmosferică cu o încredere statistică de 5,7 sigma, dincolo de bara de 5 sigma pe care fizicienii o folosesc pentru a revendica o descoperire.

Săritura față de astronomia neutrinilor anterioară este enormă. Neutrinii care au adus premiul pentru fizică lui Raymond Davis Jr și Masatoshi Koshiba au venit de la Soare și de la o supernovă aflată la 160.000 de ani-lumină distanță, cu energii de aproximativ un miliard de ori mai mici. Cel mai energetic neutrin al IceCube de până acum a purtat un estimat de 11,4 petaelectronvolți.

Ce nu rezolvă premiul

IceCube a demonstrat că există un flux constant de neutrini cosmici, dar nu a arătat de unde provin majoritatea. Cei mai buni candidați rămân candidați. Un neutrin a sosit din direcția unui blazar în erupție numit TXS 0506+056, o galaxie a cărei gaură neagră trage un jet spre Pământ, iar o căutare în date mai vechi a găsit o explozie anterioară din același loc la 3,5 sigma, mult sub puterea de descoperire.

Cea mai puternică sursă unică de până acum este galaxia activă NGC 1068, cunoscută și sub numele de M77, aflată la 46 de milioane de ani-lumină distanță în constelația Cetus. IceCube a numărat 79 de neutrini din direcția sa, la 4,2 sigma. Textul de fond al comitetului Nobel spune că dovezile nu sunt încă suficient de solide pentru a numi NGC 1068 o sursă confirmată.

Există și problema creditului. IceCube este opera a sute de oameni de știință și ingineri, iar premiul pentru fizică poate merge doar către indivizi. Comitetul l-a evidențiat pe Halzen ca fiind persoana care a inventat conceptul, l-a proiectat și l-a condus ca investigator principal prin construcție și operare.

Întrebări frecvente despre Premiul Nobel pentru Fizică 2026

Cine a câștigat Premiul Nobel pentru Fizică 2026?

Francis Halzen, de la Universitatea Wisconsin–Madison, l-a câștigat singur, pentru rolul său decisiv în construirea Observatorului de Neutrini IceCube și pentru descoperirea neutrinilor de înaltă energie din spațiu. S-a născut în Tienen, Belgia, și primește întreaga sumă de 12 milioane de coroane suedeze.

Ce este un neutrin?

Un neutrin este o particulă subatomică fără sarcină electrică și aproape fără masă. Interacționează atât de slab cu materia încât miliarde trec prin corpul tău în fiecare secundă fără să fie observate.

Cum detectează IceCube neutrinii?

Când un neutrin lovește un nucleu atomic în gheață, creează o particulă încărcată care emite o lumină albastră slabă în timp ce călătorește. Peste 5.000 de senzori îngropați între 1.450 și 2.450 de metri adâncime înregistrează sclipirea, iar modelul luminii dezvăluie energia și direcția particulei.

De ce să construiești un telescop cu neutrini la Polul Sud?

Gheața antarctică adâncă este extrem de clară, permanent întunecată, lipsită de organisme vii și stabilă din punct de vedere geologic. Stația existentă Amundsen-Scott South Pole a oferit, de asemenea, logistica, energia și personalul necesare pentru a fora găuri și a construi un detector de un kilometru în diametru.

De unde provin neutrinii cosmici?

Nimeni nu știe sigur încă. IceCube a văzut neutrini din planul propriei noastre Căi Lactee și a indicat galaxia activă NGC 1068 și blazarul TXS 0506+056 ca surse probabile, dar niciuna dintre acestea nu reprezintă cea mai mare parte a fluxului.

Când s-a întâmplat și ce urmează

Halzen și colegul său John G. Learned au prezentat pentru prima dată conceptul Polului Sud la o conferință în Polonia în 1988. Halzen își amintește că a așteptat în Ajunul Crăciunului din 1993, cu computerul în poală, vești că primul cablu AMANDA era în gheață. US National Science Foundation a aprobat finanțarea pentru IceCube în 2002, detectorul a fost finalizat în 2011, iar primele dovezi pentru neutrini cosmici au fost publicate în 2013. Neutrinii de înaltă energie din Calea Lactee au urmat în 2023.

Succesorii prind deja contur: KM3NeT în Marea Mediterană, Baikal-GVD în Lacul Baikal, P-ONE în largul Insulei Vancouver și TRIDENT în Marea Chinei de Sud. La Polul Sud, planificarea a început pentru IceCube-Gen2, care ar acoperi aproximativ opt kilometri cubi de gheață. Halzen își va primi medalia la Stockholm pe 10 decembrie.

Referință: IceCube Collaboration, „Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector”, Science, 2013. DOI: 10.1126/science.1242856

Etichete: știri, astronomie, fizică, Premiul Nobel, IceCube, Francis Halzen