Francis Halzen, Physiker an der University of Wisconsin–Madison, gewann den Nobelpreis für Physik 2026 für „seine entscheidenden Beiträge zum IceCube-Neutrinoobservatorium und zur Entdeckung hochenergetischer Neutrinos astronomischen Ursprungs“. Halzen zählt zu den führenden Personen, die die Entwicklung und den Bau des Observatoriums am Südpol vorantrieben und dadurch den Nachweis seltener Teilchen ermöglichten, die aus weit entfernten Regionen des Universums die Erde erreichen.
Halzen sagte während einer Pressekonferenz in Stockholm, dass ihn die Auszeichnung überrascht habe, und betonte, dass die Leistung das Ergebnis einer umfangreichen Zusammenarbeit und nicht die Arbeit eines Einzelnen sei. Das IceCube-Projekt umfasst Hunderte Wissenschaftler, Ingenieure und Kooperationspartner, während die Teilchenphysikerin Danielle Norsini Halzen als treibende Kraft und wissenschaftliche Vision hinter dem Experiment bezeichnete, das ein neues Forschungsgebiet eröffnet habe: die Neutrinoastronomie.
Warum ist der Nachweis von Neutrinos schwierig?
Neutrinos sind Teilchen, die nahezu nicht mit Materie wechselwirken, keine elektrische Ladung tragen und eine geringe Masse besitzen. Daher durchqueren gewaltige Mengen von ihnen ständig unsere Körper, ohne eine merkliche Spur zu hinterlassen. Diese Eigenschaft macht ihren Nachweis schwierig, verleiht ihnen jedoch einen hohen astronomischen Wert: Sie können große kosmische Entfernungen zurücklegen, ohne sich stark zu verändern, und dabei Informationen über ihre Quellen transportieren.
Im Gegensatz zu Licht können Neutrinos aus extrem dichten oder gewalttätigen Umgebungen entkommen. Dadurch ergänzen sie die elektromagnetische Beobachtung und Gravitationswellen im Rahmen der sogenannten Multi-Messenger-Astronomie. Dieses Ergebnis folgt auf Jahrzehnte der Neutrinoforschung, zu denen die Entdeckung ihrer drei Arten und der Nachweis ihrer Fähigkeit gehörten, von einer Art in eine andere überzugehen.
Wie funktioniert IceCube?
Halzen schlug 1988 vor, am Südpol ein Observatorium zu bauen, das natürliches Eis als Detektormedium nutzt. Nach dem AMANDA-Observatorium wurden mit Heißwasserbohrern mehrere Kilometer tiefe Löcher geschaffen, in die Kabel mit optischen Sensoren eingesetzt wurden.
IceCube umfasst ein Volumen von etwa einem Kubikkilometer Eis und enthält 5.160 optische Sensoren, die auf 86 Kabel verteilt sind. Wenn ein Neutrino mit dem Kern eines Atoms im Eis kollidiert, entstehen geladene Teilchen, die ultraviolette und blaue Photonen aussenden. Die Sensoren erfassen diese, um die Flugbahn und Energie des Ereignisses zu bestimmen. Das Observatorium nutzt außerdem die Erde selbst als Barriere: Einige Neutrinos durchqueren sie, bevor sie den Detektor erreichen, was dabei hilft, sie von Hintergrundquellen zu unterscheiden.
Was hat das Observatorium enthüllt?
IceCube nahm 2011 den Betrieb auf und entdeckte innerhalb von zwei Jahren Hinweise auf Neutrinos, die von außerhalb der Erdatmosphäre kamen. 2014 registrierte das Observatorium drei Neutrinos mit beispiellosen Energien, die die Namen Bert, Ernie und Big Bird erhielten. 2017 gelang es den Forschern, ein hochenergetisches Neutrino mit einer entfernten Galaxie namens TXS 0506+056 in Verbindung zu bringen. Eine 2022 veröffentlichte Studie deutete unterdessen darauf hin, dass die Galaxie Messier 77 eine starke Quelle dieser Neutrinos sein könnte, basierend auf einem auffälligen Anstieg, der 79 Neutrinos umfasste.
Im Februar wurde eine wichtige Aktualisierung des Observatoriums abgeschlossen. Sie fügte dem mittleren unteren Teil der Anordnung fünf neue Sensorstränge sowie 600 Sensoren und ein zusätzliches Kalibrierungsinstrument hinzu. Außerdem verpflichtete sich die National Science Foundation der Vereinigten Staaten, in den folgenden fünf Jahren 53 Millionen Dollar bereitzustellen, um den Betrieb des Observatoriums aufrechtzuerhalten.
Was verändert sich tatsächlich?
Die Auszeichnung bedeutet bislang nicht die Entdeckung einer neuen Physik außerhalb des Standardmodells. Halzen sagte, dass die aktuellen Ergebnisse weiterhin mit der bekannten Neutrinophysik übereinstimmten. IceCube hat jedoch bewiesen, dass sich polares Eis in ein Teleskop von einem Kilometer Größe verwandeln lässt, und ein praktisches Mittel zur Beobachtung „kosmischer Beschleuniger“ und Quellen kosmischer Strahlung bereitgestellt. Offen bleiben die Fragen nach der Bestimmung der Quellen dieser Teilchen und nach dem Verständnis der Mechanismen, die sie beschleunigen. Von den laufenden Aktualisierungen des Observatoriums könnten diese Fragen profitieren, ohne dass die Quelle bislang endgültige Antworten darauf geliefert hat.