جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۶: فرانسیس هالزن و رصدخانه نوترینوی آیس‌کیوب
جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۶ به فیزیکدان بلژیکی فرانسیس هالزن اهدا شد، به خاطر نقش تعیین‌کننده‌اش در ساخت رصدخانه نوترینوی آیس‌کیوب و کشف نوترینوهای پرانرژی با منشأ اخترفیزیکی.
یک ایده «دیوانه‌وار» که سی سال طول کشید
داستان از سال ۱۹۸۸ شروع می‌شود. آن زمان هالزن ایده‌ای مطرح کرد که در نظر همکارانش تقریباً مسخره بود: استفاده از لایه‌های یخ طبیعی قطب جنوب، به ضخامت چند کیلومتر، برای شکار گریزان‌ترین ذره جهان — نوترینو.
نوترینو را «ذره شبح‌وار» می‌نامند. هر ثانیه حدود ۱۰۰ تریلیون نوترینو از بدن شما عبور می‌کند، بدون اینکه هیچ واکنشی نشان دهد. جرمشان تقریباً صفر است، بار الکتریکی ندارند و می‌توانند بدون هیچ مانعی از زمین، از ستاره‌ها و از کل کهکشان عبور کنند. دقیقاً به خاطر همین ویژگی «شبح‌وار» است که نوترینوها وفادارترین پیام‌آوران کائنات هستند: آن‌ها از قلب کهکشان‌های دور، از انفجار ابرنواخترها و حتی از نزدیکی سیاهچاله‌ها حرکت می‌کنند، در مسیرشان توسط میدان‌های مغناطیسی منحرف نمی‌شوند، توسط غبار و گاز جذب نمی‌شوند و وقتی به زمین می‌رسند، هنوز اطلاعات اصلی محل تولدشان را با خود دارند.
مشکل اینجاست که باید آن‌ها را «گرفت». نوترینو به ندرت با ماده برخورد می‌کند، و اگر برخورد کند، یک جرقه آبی بسیار ضعیف (تابش چرنکوف) تولید می‌شود. همین جرقه تنها سرنخ ما برای شناسایی است. اما برای دیدن آن، به یک محیط آشکارسازی بسیار بزرگ نیاز داریم — آنقدر بزرگ که احتمال برخورد واقعاً اتفاق بیفتد.
پاسخ هالزن: یخ قطب جنوب.
آیس‌کیوب: یک کیلومتر مکعب یخ به عنوان «تلسکوپ»
یخ قطب جنوب مزیت منحصربه‌فردی دارد: بسیار خالص است، تقریباً بدون ناخالصی و حباب، و نور می‌تواند صدها متر در آن منتشر شود و همچنان قابل تشخیص باشد. همچنین از نظر زمین‌شناسی پایدار است، زلزله ندارد و یک محیط کم‌نویز طبیعی است.
از پروژه قبلی به نام AMANDA در دهه ۱۹۹۰ تا تکمیل رسمی آیس‌کیوب در سال ۲۰۱۰، هالزن رهبری یک تیم بین‌المللی را بر عهده داشت. آن‌ها در عمق ۱۴۵۰ تا ۲۴۵۰ متری زیر یخ قطب جنوب، ۸۶ چاه عمودی حفر کردند. در هر چاه، رشته‌ای از سنسورها قرار دادند و در هر رشته ۶۰ ماژول نوری دیجیتال (DOM) کار گذاشتند. در مجموع ۵۱۶۰ سنسور نوری، در حجمی به اندازه یک کیلومتر مکعب یخ توزیع شدند و یک شبکه آشکارسازی سه‌بعدی عظیم ساختند.
وقتی یک نوترینوی پرانرژی کیهانی از میان یخ عبور می‌کند و به‌طور تصادفی با یک هسته اتم در یخ برخورد می‌کند، ذره باردار حاصل با سرعتی بیشتر از سرعت نور در یخ حرکت می‌کند و نور چرنکوف آبی منتشر می‌کند. سنسورهای نوری اطراف، زمان، مکان و شدت این جرقه را ثبت می‌کنند و دانشمندان از روی آن می‌توانند جهت و انرژی نوترینو را بازسازی کنند.
آیس‌کیوب در اصل یک تلسکوپ برای «دیدن» نوترینوهاست.
سال ۲۰۱۳: سیگنالی از بیرون منظومه شمسی
آیس‌کیوب از سال ۲۰۱۰ شروع به کار کرد. در سال ۲۰۱۳، همکاری علمی این پروژه یک کشف تاریخی اعلام کرد: شناسایی نوترینوهای بسیار پرانرژی که از بیرون منظومه شمسی می‌آیند، با انرژی‌هایی از ده‌ها تراالکترون‌ولت تا چند پتاالکترون‌ولت — بیش از هزار برابر قوی‌تر از قوی‌ترین ذراتی که برخورددهنده بزرگ هادرونی می‌تواند تولید کند.
این نوترینوها نمی‌توانند از جو زمین یا از خورشید آمده باشند. منشأ آن‌ها ناچاراً در اعماق دور کائنات است، از فرآیندهای اخترفیزیکی فوق‌العاده پرانرژی. این اولین بار است که بشر مستقیماً نوترینوهای پرانرژی حامل اطلاعات از اعماق کائنات را «می‌بیند». این رویداد تولد ستاره‌شناسی نوترینو بود.
مارک پیرس، رئیس کمیته نوبل فیزیک، گفت: «پافشاری و دوراندیشی علمی هالزن، راهی برای یک نجوم کاملاً جدید باز کرد.»
چرا این مهم است
هزاران سال است که بشر کائنات را تقریباً فقط از طریق یک واسطه رصد می‌کند: نور. نور مرئی، امواج رادیویی، پرتو ایکس، پرتو گاما — همه در اصل موج الکترومغناطیسی هستند. اما امواج الکترومغناطیسی هنگام عبور از کائنات توسط غبار و گاز جذب می‌شوند، توسط میدان‌های مغناطیسی منحرف می‌شوند و وقتی به زمین می‌رسند، اغلب اطلاعات کامل مبدأ خود را از دست داده‌اند.
نوترینو متفاوت است. آن‌ها تقریباً با هیچ چیز واکنش نمی‌دهند، بنابراین وقتی شناسایی شوند، اطلاعات جهت و انرژی که حمل می‌کنند «دست‌نخورده» است. آیس‌کیوب یک پنجره رصدی کاملاً جدید باز کرد: نه «دیدن» کائنات، بلکه «شنیدن» سیگنال نوترینویی که از پرانرژی‌ترین فرآیندهای کائنات می‌آید.
ترولس پترسن، عضو تیم آیس‌کیوب از مؤسسه نیلز بور دانمارک، می‌گوید: «آیس‌کیوب انحصار چند هزار ساله نور در رصد کائنات را شکست. ما الان می‌توانیم کائنات را به روشی کاملاً جدید ببینیم.»
خود هالزن گفته: «ستاره‌شناسی نوترینو تازه شروع شده است.»