Naujienos

2026 m. Nobelio fizikos premija skirta neutrinų observatorijos „IceCube“ įkūrėjui Franciui Halzenui

Francis Halzenas (Francis Halzen) laikomas svarbiausiu „IceCube“ projekto žmogumi – jis yra šios observatorijos idėjinis tėvas, įkūrėjas ir vyriausiasis mokslinis tyrėjas. Būtent jo vizija, užsispyrimas ir teoriniai darbai pavertė Pietų ašigalio ledą didžiausiu pasaulyje dalelių detektoriumi ir leido sugauti pirmuosius didelės energijos neutrinus iš tolimojo kosmoso.

Nors mintis naudoti ledą neutrinams gaudyti sklandė jau kelis dešimtmečius, belgų kilmės dalelių fizikas F. Halzenas, dirbdamas Viskonsino-Madisono universitete (JAV), 1987 m. pradėjo kurti teorinius modelius, kaip tokį detektorių sukonstruoti praktiškai. Jis suprato, kad norint sugauti itin retus kosminius neutrinus, detektorius turi būti milžiniškas – mažiausiai vieno kubinio kilometro tūrio. Norėdamas įrodyti, kad idėja veikia, 1990 m. jis pradėjo vadovauti bandomajam projektui AMANDA (Antarctic Muon And Neutrino Detector Array). Šis eksperimentas patvirtino jo teoriją: giliai po Antarktidos ledu esantys burbuliukai yra išspausti milžiniško slėgio, todėl ledas ten yra skaidresnis už stiklą ir idealiai tinka neutrinams fiksuoti. 1996 m. šis detektorius sėkmingai užfiksavo pirmuosius neutrinus lede.

„IceCube“ gręžimo įranga gręžimo punkte. (2009, IceCube/NSF nuotrauka).

Gavęs įrodymus, F. Halzenas sugebėjo įtikinti JAV Nacionalinį mokslo fondą skirti šimtus milijonų dolerių daug didesnės observatorijos statyboms. 2004 m. Antarktidoje esančioje Amundseno-Skoto stotyje prasidėjo „IceCube“ (liet. Ledo kubas) vieno kubinio kilometro dydžio detektoriaus statybos darbai. Didžiausias iššūkis buvo išgręžti skyles lede. Inžinieriai naudojo specialų 5 megavatų karšto vandens gręžtuvą, kuris lede ištirpindavo beveik 2,5 km gylio vertikalias skyles. Į kiekvieną atvertą gręžinį, kol vanduo vėl neužšalo, reikėjo skubiai nuleisti kabelį su  krepšinio kamuolio dydžio optiniais moduliais. Kai neutrinas susiduria su ledo atomu, sukurtas miuonas skrieja per ledą, skleisdamas mėlyną Čerenkovo spinduliuotę, kurią ir fiksuoja šie optiniai jutikliai.

Nacionalinio mokslo fondo mokslininkai, inžinieriai ir gręžimo specialistai, 2010 m. gruodį dirbę diegiant „IceCube“ sistemą, pasirašė ant paskutinio jutiklio prieš nuleidžiant jį į 2 kilometrų gylį Antarktidos lede. (IceCube/ NSF nuotrauka).

Iš viso buvo išgręžti 86 gręžiniai ir nuleisti 5 160 jutiklių. Itin atšiauriomis sąlygomis šis inžinerinis žygdarbis buvo užbaigtas 2010 m. gruodžio 18 d. Prie projekto daug prisidėjo Vokietijos mokslo centrai, pagaminę trečdalį visų į ledą nuleistų optinių modulių ir sukūrę paviršinius detektorius. Švedijos mokslininkai aktyviai prisidėjo prie karšto vandens gręžimo technologijų kūrimo ir ledo optinių savybių tyrimo. Belgija ir Japonija teikė itin svarbią finansinę bei technologinę paramą gaminant jutiklius ir kuriant programinę įrangą duomenims apdoroti. Šiuo metu projekte taip pat oficialiai dalyvauja Kanada, Jungtinė Karalystė, Šveicarija, Italija, Danija, Pietų Korėja, Taivanas, Australija ir Naujoji Zelandija.

Neutrinų registratoriaus nuleidimas į 2 km gylį. (Mark Krasberg, IceCube/NSF nuotrauka).

F. Halzeno vadovaujama „IceCube“ komanda pasiekė tai, kas dešimtmečius atrodė neįmanoma. 2013 m. paskelbė apie 28 pirmuosius istorijoje sugautus didelės energijos neutrinus, atkeliavusius iš tolimojo kosmoso. F. Halzenas ne kartą pabrėžė, kad šis atradimas oficialiai pradėjo naują astronomijos epochą, nes iki to laiko mokslininkai kosmosą stebėjo tik per šviesą (fotonus), o dabar gavo įrankį „matyti“ jį per materiją perskrodžiančias daleles. Šių dalelių energija maždaug 100 kartų viršija galingiausiame pasaulio įrenginyje – CERN – greitinamų dalelių energiją. Užregistruotieji neutrinai sklido iš dar nenustatytų šaltinių už mūsų Galaktikos ribų.

Kitas tikslas buvo sužinoti, iš kur kosminiai neutrinai atskrieja. Teoriškai tai padaryti nebūtų sunku, nes šios dalelės skrieja tiesiai ir nepaiso jokių kliūčių. Proveržį pavyko pasiekti 2018 m., kai „IceCube“ užfiksavo itin didelės energijos neutriną ir padėjo surasti jo kilmės vietą kosmose. F. Halzeno sukurta sistema realiu laiku išsiuntė perspėjimą viso pasaulio teleskopams, kurie atsisuko į nurodytą tašką ir pamatė blazarą TXS 0506+056 – tolimos galaktikos centre nubudusią supermasyvią juodąją skylę.

„IceCube“ neutrinų observatorija. (2023, Christopher Michel nuotrauka).

Nors F. Halzenui jau 82 metai, jis vis dar aktyviai vadovauja projektui, kuriame šiuo metu dalyvauja daugiau kaip 450 mokslininkų iš 58 institucijų 14-oje šalių. Duodamas interviu Nobelio komitetui, F. Halzenas užsiminė, kad kaip tik šiuo metu dirba prie naujo mokslinio projekto pasiūlymo, susijusio su būsima observatorijos plėtra „IceCube-Gen2“, ir išreiškė viltį, kad gauta Nobelio premija padės lengviau užsitikrinti finansavimą šiam tikslui.

 Parengė akad. habil. dr. Gražina Tautvaišienė