6 октября 2026 года Шведская королевская академия наук присудила Нобелевскую премию по физике Франсису Альзену из Висконсинского университета в Мадисоне (США). Формулировка такая: «за решающий вклад в создание нейтринной обсерватории IceCube и открытие нейтрино высоких энергий астрофизического происхождения». Проще говоря, премию дали за телескоп, который смотрит на Вселенную не глазами, а через лёд, и ловит не свет, а самые неуловимые частицы в природе.
Частицы-призраки
Прямо сейчас сквозь ваше тело пролетают триллионы нейтрино. Большая часть из них родилась в недрах Солнца. Вы этого не чувствуете, и приборы тоже почти ничего не чувствуют. У нейтрино нет электрического заряда, а масса у него крошечная, поэтому с веществом оно взаимодействует крайне редко. Нейтрино может пройти сквозь всю Землю и ни с чем не столкнуться. За это его и прозвали «частицей-призраком».
Для астрономов в этой неуловимости есть огромный плюс. Свет от далёких объектов поглощает пыль, а заряженные частицы космических лучей отклоняются магнитными полями, так что по ним трудно понять, откуда они прилетели. Нейтрино летит по прямой через всю Вселенную. Если его поймать и определить направление, оно укажет прямо на свой источник.
Беда в том, что поймать его почти невозможно. Нейтрино высоких энергий, прилетающих из космоса, очень мало, а сталкиваются они с веществом редко. Чтобы зарегистрировать хотя бы несколько таких событий, нужен детектор гигантского размера.
Идея: использовать лёд Южного полюса
Франсис Альзен родился в Бельгии в 1944 году и с 1972 года работает в Висконсинском университете. В конце 1980-х он предложил смелое решение: не строить огромный бак с водой, а использовать то, что уже создала природа, то есть толщу антарктического льда.
Глубоко под поверхностью лёд сжат собственным весом, пузырьков воздуха в нём почти не остаётся, и он становится удивительно прозрачным. Когда нейтрино всё-таки сталкивается с ядром атома во льду, рождаются заряженные частицы. Они летят быстрее, чем свет распространяется во льду, и поэтому испускают слабую голубоватую вспышку, так называемое черенковское излучение. В обычном бассейне эту вспышку никто бы не увидел, а в чистом тёмном льду её могут заметить чувствительные датчики.
На воплощение идеи ушли десятилетия. Сначала был прототип AMANDA, затем строительство полномасштабного детектора. В итоге в лёд у станции «Амундсен-Скотт» горячей водой пробурили 86 скважин и опустили в них гирлянды из 5160 оптических датчиков. Они расположены на глубине от 1,45 до 2,45 километра и следят примерно за одним кубическим километром льда, это около миллиарда тонн. Детектор полностью заработал в начале 2010-х годов.
«Франсис Альзен руководил международной командой исследователей и инженеров, которые дали нам фантастический инструмент. Его упорство и научное видение проложили путь к новому виду астрономии», — сказал председатель Нобелевского комитета по физике Марк Пирс.
Что увидел ледяной телескоп
2013 год. IceCube сообщил о первых нейтрино высоких энергий, которые пришли не из атмосферы Земли и не от Солнца, а из глубокого космоса. Энергия самых мощных из них превышала петаэлектронвольт. Это более чем в сто раз больше энергии протонов, которые разгоняет Большой адронный коллайдер.
22 сентября 2017 года. Детектор поймал одиночное нейтрино очень высокой энергии и меньше чем через минуту автоматически разослал по миру его координаты. Телескопы, работающие в гамма-, рентгеновском, оптическом и радиодиапазонах, навелись на этот участок неба и нашли там блазар TXS 0506+056. Это далёкая активная галактика со сверхмассивной чёрной дырой, которая выбрасывает струю вещества почти точно в нашу сторону. Блазар как раз находился во вспышке. Результаты вышли в журнале Science в июле 2018 года. Впервые удалось указать на конкретный объект, который, скорее всего, разгоняет космические лучи. Загадка их происхождения оставалась нерешённой больше века.
2022 год. Проанализировав данные за 2011–2020 годы, коллаборация нашла избыток примерно из 79 нейтрино со стороны галактики NGC 1068 (M77). Она находится примерно в 47 миллионах световых лет от нас. Это ещё одна активная галактика, но её ядро скрыто плотной пылью, и обычным телескопам заглянуть внутрь трудно. Нейтрино же вылетают оттуда свободно.
2023 год. Учёные отобрали из десяти лет наблюдений около 60 тысяч событий, применили методы машинного обучения и построили первую «нейтринную карту» Млечного Пути. Оказалось, что наша Галактика тоже излучает нейтрино высоких энергий, и сильнее всего это заметно вдоль её диска.
Почему это важно
IceCube стал одной из опор так называемой многоканальной астрономии. Это подход, при котором один и тот же космический объект изучают сразу несколькими «посланниками»: светом во всех диапазонах, нейтрино, гравитационными волнами и космическими лучами. Каждый канал рассказывает свою часть истории. Свет показывает, как объект выглядит снаружи, а нейтрино сообщает о процессах в самых плотных и горячих областях, откуда свет не выходит.
Работа на этом не закончилась. В сезон 2025–2026 годов в центр детектора добавили пять новых, более плотно оснащённых гирлянд. На них установлено более 600 новых датчиков и калибровочных приборов. Модернизация IceCube Upgrade поможет точнее измерять превращения нейтрино одного типа в другой и лучше изучить свойства самого льда. Это позволит заново обработать архив за 15 лет. Кроме того, это шаг к будущему проекту IceCube-Gen2, рабочий объём которого должен быть примерно в восемь раз больше.
Сам лауреат узнал о премии по телефону, находясь в Италии. «Это был большой сюрприз, и я, конечно, этого не ожидал», — сказал 82-летний физик. Денежная часть премии составляет 12 миллионов шведских крон. Медаль ему вручат 10 декабря в Стокгольме.
Источники
Наука ближе, когда обсуждаем вместе.
Новые материалы, вопросы и подборки — в нашем Telegram.
