Нобеловата награда по физика, 2026: За създаването на неутринната обсерватория „Леден куб“ в Антарктида

Нобеловата награда за физика за 2026 г. е присъдена на 82-годишния белгийски физик Франсис Халзен (Francis Halzen) за неговия решаващ принос към създаването на Неутринната обсерватория IceCube на Южния полюс и откриването на високоенергийни неутрино с астрофизичен произход.

Халзен, който е професор в Университета на Уисконсин-Мадисън в САЩ, полага основите на изцяло нов вид астрономия, като предлага използването на огромния леден щит на Антарктида като гигантски детектор за улавяне на частиците неутрино.

Неутринната обсерватория IceCube е един от най-необичайните и мащабни научни инструменти на Земята. Тъй като частиците неутрино преминават свободно през обикновената материя, учените са принудени да построят детектор с гигантски размери, за да уловят поне малка част от тях. За целта те превръщат 1 кубичен километър от ледника на Антарктида в научна лаборатория (Неутринната обсерватория IceCube).

За да се засече неутрино, е нужна огромна, напълно прозрачна и тъмна среда. Дълбоко под повърхността на Южния полюс (между 1450 и 2450 метра) ледът е подложен на толкова огромно налягане, че в него няма никакви въздушни мехурчета. Той е кристално чист, изключително прозрачен и перфектно изолиран от слънчевата светлина и атмосферните смущения.

IceCube се състои от 86 вертикални кабела (струни), спуснати в специално пробити с гореща вода дупки в леда. На всеки кабел, подобно на перли на огърлица, са закрепени по 60 дигитални оптични модула (DOM). Общо в леда са разположени 5160 такива детектора. Всеки DOM представлява голяма стъклена сфера (с размерите на баскетболна топка), в която има силно чувствителен сензор за светлина (фотоумножител) и бордови компютър.

Трилиони неутрино преминават през леда всяка секунда без последици. Но веднъж на милиони случаи, едно високоенергийно неутрино се сблъсква директно с ядрото на кислороден или водороден атом в леда. В резултат на този рядък сблъсък, неутриното се разрушава и се раждат нови, заредени частици – най-често мюони.

Тези нови частици се изстрелват напред с изключително висока скорост, която е по-голяма от скоростта на светлината в леда (светлината се забавя в лед с около 25% спрямо вакуум). Когато една заредена частица се движи по-бързо от светлината в дадена среда, тя генерира синкаво сияние, наречено радиация (или светлина) на Черенков. Това е оптичният еквивалент на звуковия удар, който се чува, когато самолет премине звуковата бариера (ефект „звуков бум“).

Синкавата светлина на Черенков се разпространява из леда и се улавя от сферичните сензори (DOM). Компютрите в сферите измерват точното време на пристигане на светлината с точност до милиардна от секундата.

Анализирайки последователността, в която сензорите под леда светват, учените могат да реконструират траекторията на частицата с огромна точност. По този начин те проследяват пътя ѝ обратно в Космоса като със стрелка и разбират с точност до кой регион в небето и коя далечна черна дупка или експлодираща звезда е изпратила това неутрино.

Поради специфичния си характер, неутриното се превърна в мощен инструмент за разбиране на Космоса и физиката.

Когато светлината или космическите лъчи пътуват из Вселената, те лесно биват блокирани или отклонявани от космически прах, газови облаци и магнитни полета. Това скрива от нас източника им. Неутриното обаче преминава директно през всичко. Тъй като пътуват по права линия от мястото на раждането си до Земята, те ни носят чиста и непроменена информация за събития, случили се преди милиарди години в дълбокия Космос.

Светлината, която виждаме от Слънцето, е генерирана в ядрото му, но са ѝ нужни около 100 000 години, за да си пробие път до повърхността му и да отпътува към Земята. Неутриното, създадено при същите ядрени реакции, напуска Слънцето мигновено. Изследвайки го, учените виждат какво се случва в центъра на нашата звезда в реално време. Същото важи и за умиращите звезди (супернови) – неутриното ни известява за експлозията часове преди светлината да достигне до нас.

Стандартният модел (основната теория във физиката на елементарните частици) не може напълно да обясни свойствата на неутриното – например защо имат толкова малка, но все пак съществуваща маса. Изучаването им помага на учените да открият нови закони на физиката, които стоят отвъд сегашните ни познания.

Една от най-големите загадки е защо след Големия взрив Вселената е изградена почти изцяло от материя, а антиматерията е изчезнала. Учените подозират, че начинът, по който неутриното променя своята форма (процес, наречен неутринни осцилации), крие отговора на въпроса защо съществува нашият материален свят.