Фрэнсис Хальцен получил Нобелевскую премию по физике 2026 года за ключевой вклад в создание обсерватории IceCube и открытие высокоэнергетических нейтрино астрофизического происхождения. Детектор, расположенный глубоко подо льдом Южного полюса, позволил наблюдать частицы, которые почти беспрепятственно пересекают Вселенную и несут информацию о самых мощных космических процессах.

Нейтрино называют «призрачными частицами» не случайно: сотни триллионов этих частиц каждую секунду проходят через человеческое тело, практически не взаимодействуя с веществом. Именно эта способность одновременно делает нейтрино уникальным источником информации о Вселенной и превращает их обнаружение в чрезвычайно сложную задачу, рассказывает Space.com.

Частицы, которые проходят сквозь Землю

Нейтрино — одни из самых распространенных частиц во Вселенной. Их уступают по численности только фотоны, то есть частицы света. Однако в отличие от света нейтрино практически не взаимодействуют с окружающим веществом.

У них нет электрического заряда, масса чрезвычайно мала, а движутся они почти со скоростью света. Поэтому нейтрино могут пересекать огромные расстояния, практически не отклоняясь и не теряя энергию.

Это делает их своеобразными космическими посланниками. Свет от мощного астрофизического объекта может быть поглощен, рассеян или отклонен по дороге к Земле. Нейтрино гораздо лучше сохраняют информацию об источнике.

Особенно интересны высокоэнергетические нейтрино. Считается, что они рождаются в чрезвычайно мощных космических процессах, которые действуют как гигантские ускорители частиц. Если удается зарегистрировать такое нейтрино, ученые получают возможность изучать процессы, которые невозможно воспроизвести на Земле.

Проблема заключается в том, что большинство нейтрино проходит через детекторы так же легко, как через человеческое тело.

Миллиард тонн льда вместо обычного телескопа

В 1988 году Хальцен предложил использовать лед Южного полюса для поиска нейтрино. Идея заключалась в том, чтобы превратить огромный объем прозрачного льда в детектор.

Южный полюс оказался подходящим местом для такого эксперимента. Там нет обычных источников фонового излучения, а отсутствие значительной сейсмической активности создает благоприятные условия для измерений.

Результатом стала обсерватория IceCube — гигантский детектор объемом около 1 кубического километра. В толще антарктического льда разместили тысячи световых сенсоров.

Само нейтрино ученые не видят. Иногда оно все же сталкивается с атомом в льду и порождает вторичную заряженную частицу. Та, в свою очередь, вызывает короткую вспышку света. По этим вспышкам IceCube восстанавливает направление и энергию исходного нейтрино.

Получается своеобразный телескоп, который смотрит не на свет, а на частицы, проходящие сквозь планету.

Первые космические нейтрино

Сбор данных IceCube начался еще в 2005 году, а полностью обсерватория была построена к 2011 году.

В августе 2011 года и январе 2012-го исследователи зарегистрировали частицы, получившие неформальные имена Bert и Ernie. Они стали первым свидетельством существования нейтрино астрофизического происхождения, обнаруженных таким способом.

В ноябре 2013 года ученые объявили о регистрации еще 26 астрофизических нейтрино. Это стало важным подтверждением того, что IceCube способен обнаруживать частицы, пришедшие из-за пределов Солнечной системы.

Так возникло новое направление астрономии — нейтринная астрономия. В отличие от традиционных телескопов, она позволяет исследовать Вселенную с помощью частиц, которые могут приходить к Земле непосредственно из областей мощнейших космических событий.

Почему это меняет представление о Вселенной

До появления таких детекторов ученые в основном наблюдали космические объекты с помощью электромагнитного излучения — от радиоволн до гамма-лучей. Нейтрино дают еще один канал информации.

Их особенность особенно важна при изучении экстремальных объектов и процессов. Частица может покинуть область, где происходит мощное ускорение частиц, пройти через космическое пространство и Землю и лишь в редких случаях столкнуться с атомом внутри IceCube.

Именно поэтому обнаружение каждого высокоэнергетического нейтрино может быть ценным. Оно позволяет связать зарегистрированную частицу с удаленными космическими источниками и постепенно понять, где и каким образом во Вселенной возникают частицы экстремальных энергий.

«Фрэнсис Хальцен возглавлял международную команду исследователей и инженеров, создавших фантастический инструмент», — отметил председатель Нобелевского комитета по физике Марк Пирс. По его словам, настойчивость и научное видение Хальцена проложили путь к новому виду астрономии.

IceCube продолжает собирать данные. А значит, ученые получают возможность искать новые высокоэнергетические нейтрино и связанные с ними космические явления — в том числе такие, о которых пока даже не знают.