Бельгийский ученый Франсис Халзен получил премию Нобеля по физике в 2026 году, что стало признанием многолетней научной работы и важным шагом для современной астрономии. Он сыграл решающую роль в создании и разработке IceCube — обсерватории, установленной под льдами Антарктиды, которая позволяет исследовать экстремальные явления во Вселенной путем обнаружения нейтрино.
Эта тема была освещена в программе «Olhar Espacial» в пятницу (30-го числа), где физик Алешандре Черман обсуждал, как обнаружение этих частиц расширяет возможности исследования космоса.
Черман, который имеет обширный опыт в качестве астронома, доктора теоретической физики, специалиста по данным, преподавателя, лектора и автора восьми книг, а также соавтора «Космического Недвижимого Банка» издательства Estrela Cultural и директора по астрономии Фонда Планетария Города Рио-де-Жанейро, объяснил особенности нейтрино.
Нейтрино — это субатомные частицы, не имеющие электрического заряда и являющиеся одними из наименее массивных известных. Благодаря крайне редкому взаимодействию с материей, они способны проходить сквозь планеты, звезды и даже человеческое тело; по оценкам, через каждого человека каждую секунду проходят около 100 триллионов таких частиц.
Черман отметил, что «нейтрино уже описывались как наименьшее количество реальности, которое когда-либо представляло человечество. Они представляют собой самые легкие материальные частицы во всей Вселенной, превосходимые только безмассонными бозонами. Кроме того, они возникают естественным образом в результате радиоактивного процесса, известного как бета-распад».
Сложность обнаружения этих частиц побудила ученых создать конструкцию, способную использовать сам антарктический лед в качестве детектора. Концепция была разработана еще в 1988 году, и потребовалось более двадцати лет технологической разработки, прежде чем IceCube начал полноценную работу в 2010 году.
Обсерватория, расположенная на Южном полюсе, занимает площадь примерно в один кубический километр глубокого льда. Ее структура включает 5160 оптических датчиков, распределенных вдоль 86 вертикальных кабелей, которые находятся на глубине от 1,45 до 2,45 километров. Такая конфигурация позволяет фиксировать световые сигналы, возникающие при взаимодействии нейтрино с материей.
В отличие от традиционных телескопов, которые улавливают свет, излучаемый или отраженный небесными телами, IceCube идентифицирует частицы, достигающие Земли из разных областей Вселенной. Поскольку нейтрино не имеют заряда, их траектории не отклоняются магнитными полями. Таким образом, направление прихода дает важные подсказки о местоположении их космических источников, включая чрезвычайно энергетичные природные ускорители частиц.
Обнаружение происходит, когда нейтрино взаимодействует с атомным ядром или электроном во льду, производя электрически заряженные частицы. Проходя через среду, они могут двигаться быстрее, чем свет распространяется в этом материале. Этот процесс генерирует короткую голубоватую вспышку, известную как черенковское излучение.
Оптические датчики регистрируют эти вспышки и передают данные исследователям. Основываясь на распределении и времени прибытия световых сигналов, ученые могут оценить энергию частицы и восстановить направление ее прихода. Эта информация помогает изучать явления, ответственные за производство нейтрино.
Во время программы Черман также затронул концепции квантовой механики и возможность того, что частица может находиться в нескольких состояниях одновременно. «В квантовой механике существует реальная возможность того, что частица может занимать два состояния одновременно. Знаменитый мысленный эксперимент с котом Шрёдингера прекрасно иллюстрирует эту теоретическую странность. Любая квантовая система остается в суперпозиции до тех пор, пока ученые не проведут прямое наблюдение».
IceCube продолжает функционировать и проходит модернизацию для расширения своих наблюдательных возможностей. Среди будущих перспектив — проект IceCube-Gen2, который направлен на значительное увеличение объема детектирования и чувствительности обсерватории. Эта инициатива потенциально позволит выявлять новые источники нейтрино и углублять изучение самых энергетичных явлений Вселенной.
