Нобелевскую премию по физике за 2026 год получил астрофизик Фрэнсис Хальцен. Бельгийско-американский учёный внёс решающий вклад в создание нейтринной обсерватории IceCube, где удалось зарегистрировать нейтрино высоких энергий астрофизического происхождения. Нейтрино — частицы, которые сложно изучать и отслеживать. Однако они интересны астрофизикам, поскольку позволяют исследовать масштабные процессы в дальних областях космоса. Разработки в этой сфере ведутся и в России.
6 октября Нобелевский комитет обнародовал имя лауреата премии по физике за 2026 год. Им стал бельгийско-американский астрофизик Фрэнсис Хальцен. Награду присудили «за решающий вклад в создание нейтринной обсерватории IceCube и открытие нейтрино высоких энергий астрофизического происхождения», сообщается на сайте комитета.
«Фрэнсис Хальцен возглавил международную команду исследователей и инженеров, создавших для нас фантастический прибор. Его упорство и научное видение открыли дорогу новому типу астрономии», — заявил председатель Нобелевского комитета по физике Марк Пирс.
Неуловимые путешественники
Нейтрино высоких энергий астрофизического происхождения — это частицы, которые могут преодолевать огромные расстояния, не теряя заряд и не меняя направление движения. В частности, нейтрино проходят сквозь планеты или живые организмы. Эти свойства делают частицы интересными для учёных, особенно астрофизиков, поскольку несут информацию из дальних областей Вселенной, которые трудно исследовать другими методами.
«По сути, это открытие сформировало высокоэнергетическую нейтринную астрономию и позволило дополнить электромагнитные и гравитационно-волновые наблюдения независимым источником информации о наиболее энергичных процессах во Вселенной», — объяснила RT старший научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ Юлия Зотова.
О существовании нейтрино физики заговорили в 1930-х, заметив, что при радиоактивном распаде ядра сохраняется не вся энергия. Вольфганг Паули предположил, что в этот момент появляется частица, которую не получается зарегистрировать детекторами. В 1956 году их обнаружили Фредерик Райнес и Клайд Коуэн. Вклад Райнерса в 1995 году был отмечен Нобелевской премией. Клайд Коуэн до награды не дожил — он скончался в 1974 году.
Нейтрино проявляют себя только в слабых взаимодействиях, и зафиксировать их присутствие чрезвычайно сложно. Однако при взаимодействии нейтрино с веществом возникают заряженные частицы с характерным свечением, известным как черенковское излучение. Наблюдая за ним, учёные узнали о существовании потока нейтрино сверхвысоких энергий астрофизического происхождения.
Лёд для астрофизики
Нейтринная обсерватория IceCube Хальцена и его команды занимает 1 куб. км ледяного массива на Южном полюсе. В нём размещены сенсоры. Принцип работы IceCube основан на регистрации вспышек света, которые возникают при взаимодействии нейтрино с атомами во льду. Если нейтрино сталкивается с атомным ядром, образуются заряженные частицы, движение которых вызывает слабую световую вспышку. Датчики фиксируют излучение, и это позволяет учёным определить направление, откуда пришло нейтрино, и его энергию.
«Глубокий антарктический лёд является очень прозрачной средой для черенковского излучения. Под большим давлением содержащиеся во льду пузырьки воздуха практически исчезают, поэтому голубой черенковский свет может распространяться на десятки и даже более чем на 100 м до фотодетекторов. При этом на глубинах, где расположены датчики IceCube, практически отсутствует солнечный свет, а сама среда и взаимное расположение вмороженных в лёд детекторов остаются чрезвычайно стабильными годами», — отметила Юлия Зотова.
IceCube начал работу в 2011 году. Вскоре удалось зарегистрировать первые нейтрино высоких энергий, а несколько лет спустя была обнародована информация об открытии таких нейтрино, которые, по оценке учёных, возникли далеко за пределами Солнечной системы.
Телескоп в глубинах Байкала
У истоков идеи регистрации нейтрино высоких энергий в таких средах, как лёд и вода, стоял советский физик Моисей Марков. С начале 1990-х сотрудники Института ядерных исследований РАН, Иркутского государственного университета и Иркутского лимнологического института работали над созданием детектора в водах Байкала. В 2010 году учёные разработали проект Gigaton Volume Detector и начали испытание отдельных систем.
«Байкальский глубоководный нейтринный телескоп Baikal-GVD — крупнейший нейтринный телескоп Северного полушария и второй по размеру действующий нейтринный телескоп мира», — отметила Юлия Зотова.
В 2015 году в работу включились Объединённый институт ядерных исследований и ряд других организаций. Учёные поставили цель совместными усилиями довести объём детектора до 1 куб. км. К 2021 году он составлял 0,4 куб. км и продолжает увеличиваться.
«В 2026 году эффективный объём Baikal-GVD достиг примерно 0,8 куб. км, что сопоставимо с масштабами IceCube. Более того, Baikal-GVD независимо подтвердил существование диффузного потока высокоэнергетических космических нейтрино, ранее обнаруженного IceCube», — подчеркнула Зотова.
Она отметила, что Россия, таким образом, располагает собственным крупным независимым инструментом в области нейтринной астрономии, а сам телескоп вошёл в число символов современной отечественной науки.
