Фрэнсис Халзен, физик из Висконсинского университета в Мэдисоне, получил Нобелевскую премию по физике 2026 года за «решающий вклад в создание обсерватории нейтрино IceCube и открытие высокоэнергетических нейтрино астрономического происхождения». Халзен считается одним из главных руководителей разработки и строительства обсерватории в Антарктике, что позволило регистрировать редкие частицы, достигающие Земли из удалённых областей Вселенной.
Во время пресс-конференции в Стокгольме Халзен заявил, что был удивлён наградой, подчеркнув, что достижение стало результатом широкого сотрудничества, а не индивидуальной работы. В проекте IceCube участвуют сотни учёных, инженеров и сотрудников организаций-партнёров, а физик элементарных частиц Даниэль Норсини назвала Халзена движущей силой и носителем научного видения эксперимента, открывшего новое направление — нейтринную астрономию.
Почему нейтрино трудно регистрировать?
Нейтрино — частицы, почти не взаимодействующие с материей, не имеющие электрического заряда и обладающие ничтожной массой. Поэтому огромное количество нейтрино постоянно проходит через наши тела, не оставляя заметного следа. Это свойство затрудняет их регистрацию, но придаёт им большую астрономическую ценность: они могут преодолевать огромные космические расстояния, почти не изменяясь, и нести информацию о своих источниках.
В отличие от света, нейтрино могут выходить из чрезвычайно плотных или бурных сред, что делает их дополнением к электромагнитным наблюдениям и гравитационным волнам в рамках так называемой многоканальной астрономии. Этот результат стал итогом десятилетий исследований нейтрино, включая открытие трёх их типов и доказательство их способности переходить из одного типа в другой.
Как работает IceCube?
В 1988 году Халзен предложил построить в Антарктике обсерваторию, использующую природный лёд в качестве детектирующей среды. После эксперимента AMANDA с помощью буровых установок, работающих на горячей воде, были созданы скважины глубиной в несколько километров, в которые опустили кабели с оптическими датчиками.
IceCube охватывает объём примерно в один кубический километр льда и включает 5,160 оптических датчиков, распределённых по 86 кабелям. Когда нейтрино сталкивается с ядром атома внутри льда, возникают заряженные частицы, испускающие ультрафиолетовые и синие фотоны. Датчики регистрируют их, чтобы определить траекторию события и его энергию. Обсерватория также использует саму Землю как барьер: некоторые нейтрино проходят через неё, прежде чем достичь детектора, что помогает отличать их от фоновых источников.
Что обнаружила обсерватория?
IceCube начал работу в 2011 году и в течение двух лет обнаружил свидетельства существования нейтрино, прибывающих из-за пределов атмосферы. В 2014 году были зарегистрированы три нейтрино с беспрецедентными энергиями, получившие имена Bert, Ernie и Big Bird. В 2017 году исследователям удалось связать высокоэнергетическое нейтрино с далёкой галактикой TXS 0506+056, а исследование, опубликованное в 2022 году, указало, что галактика Messier 77 может быть мощным источником таких нейтрино, исходя из заметного увеличения, включавшего 79 нейтрино.
В феврале было завершено основное обновление обсерватории: в нижнюю центральную часть массива добавили пять новых рядов датчиков, а также 600 датчиков и дополнительный калибровочный инструмент. Кроме того, Национальный научный фонд США обязался выделить 53 миллиона долларов в течение следующих пяти лет для поддержания её работы.
Что фактически меняется?
Премия пока не означает открытия новой физики за пределами Стандартной модели: Халзен заявил, что нынешние результаты по-прежнему согласуются с известной физикой нейтрино. Однако IceCube доказал, что полярный лёд можно превратить в телескоп километрового масштаба, и предоставил практический способ наблюдать «космические ускорители» и источники космических лучей. Открытые вопросы по-прежнему связаны с определением источников этих частиц и пониманием механизмов их ускорения. На эти вопросы могут помочь ответить постоянные обновления обсерватории, однако источник пока не дал на них окончательных ответов.