Нобелевскую премию по физике дали за телескоп из антарктического льда

Нобелевская премия по физике 2026 года досталась Фрэнсису Хальцену – физику-теоретику из Висконсинского университета в Мэдисоне, родившемуся в 1944 году в бельгийском Тинене. Шведская королевская академия наук объявила об этом 6 октября.

Формулировка – «за решающий вклад в создание нейтринной обсерватории IceCube и открытие нейтрино высоких энергий астрофизического происхождения». IceCube – это кубический километр антарктического льда под Южным полюсом, превращенный в телескоп для частиц, которые свободно пролетают сквозь целые планеты. С его помощью удалось поймать нейтрино, прилетевшие из других галактик, и указать на первые их источники.

Нобелевский комитет говорит, что Хальцен «открыл дорогу новому виду астрономии». Точнее будет сказать – новой ветви: нейтринная астрономия существовала и раньше, но видела только Солнце и одну вспышку сверхновой. IceCube дал ей окно в самые мощные процессы далекой Вселенной.

Что такое нейтрино и зачем их ловить

Нейтрино – элементарные частицы почти без массы и без электрического заряда. С веществом они взаимодействуют так слабо, что через каждый квадратный сантиметр вашего тела каждую секунду проходят десятки миллиардов нейтрино от Солнца, и ни одно из них этого не «замечает».

Для астрономии эта неуловимость – и беда, и достоинство. Беда в том, что поймать нейтрино можно лишь изредка и только в огромном объеме вещества. Достоинство – в том, что они летят из источника по прямой. Свет поглощается пылью и газом. Космические лучи – заряженные частицы – закручиваются магнитными полями Галактики, и по направлению их прихода невозможно понять, откуда они вылетели. А нейтрино проходят сквозь все и указывают точно на источник.

Отсюда главная надежда, ради которой строился IceCube: найти места, где природа разгоняет частицы до энергий, недостижимых на земных ускорителях, и раскрыть загадку происхождения космических лучей. Там, где рождаются частицы таких энергий, должны рождаться и нейтрино.

Нейтринный телескоп из кубического километра льда

Идея ловить нейтрино в толще природной воды принадлежит советскому физику Моисею Маркову: он предложил ее еще в 1960 году. Хальцен в 1988 году впервые представил план сделать это во льду Южного полюса. На глубине больше полутора километров лед там исключительно прозрачен, темен и неподвижен – готовая среда для детектора.

Первая установка, AMANDA, заработала в 2000 году, но нужных нейтрино высоких энергий не нашла: для этого она была слишком маленькой. Тогда команда построила IceCube. Горячей водой во льду пробурили 86 скважин и вморозили в них 5160 светочувствительных датчиков на глубине от 1450 до 2450 метров. Строительство закончили в декабре 2010 года, в полную силу обсерватория работает с 2011-го.

Принцип такой. Изредка нейтрино все же сталкивается с атомным ядром во льду, и рождаются заряженные частицы, летящие почти со скоростью света в вакууме. Во льду свет движется примерно на четверть медленнее, поэтому эти частицы его обгоняют – и оставляют за собой слабую голубую вспышку, как сверхзвуковой самолет оставляет ударную волну. Это черенковское излучение, открытое советскими физиками и отмеченное Нобелевской премией 1958 года. Датчики фиксируют вспышку, и по тому, как свет пробежал по гирляндам, восстанавливают энергию и направление прилета нейтрино. Чтобы отсеять помехи, телескоп часто «смотрит» вниз, сквозь Землю: всю планету насквозь проходят только нейтрино, а прочие частицы она задерживает.

«Это было приключение, в котором успех никто не гарантировал, и нам повезло преодолеть все трудности», – сказал Хальцен на пресс-конференции. Нобелевские премии по физике в последние десятилетия обычно делят двое или трое лауреатов, и награда одному человеку – редкость. Хальцен подчеркнул, что за ней стоят сотни участников международной коллаборации.

Что открыл IceCube

• 2013 год. Обсерватория объявила о первых 28 нейтрино высоких энергий, пришедших из-за пределов Солнечной системы. Так было доказано, что космос «светит» в нейтрино высоких энергий.
• 2017 год. 22 сентября IceCube зарегистрировал нейтрино, направление которого совпало с блазаром TXS 0506+056 – галактикой с активной сверхмассивной черной дырой, примерно в четырех миллиардах световых лет от нас. Блазар в тот момент как раз переживал вспышку в гамма-лучах. Это был первый кандидат в конкретный источник.
• 2022 год. Накопив данные за десятилетие, команда выделила избыток нейтрино из направления на галактику NGC 1068, она же M77, в 47 миллионах световых лет. Статистическая значимость пока не дотягивает до «золотого стандарта» открытия в физике, но это самый убедительный внегалактический источник на сегодня.
• 2023 год. Впервые удалось получить «нейтринное изображение» нашей собственной Галактики: поток нейтрино из плоскости Млечного Пути.

Нейтринная астрономия до IceCube

Нобелевский комитет не впервые награждает за нейтрино. В 1988 году премию дали за открытие мюонного нейтрино, в 1995-м – за первую регистрацию нейтрино вообще. В 2002 году Раймонд Дэвис и Масатоси Косиба получили премию за то, что поймали нейтрино от Солнца и от взрыва сверхновой 1987A, – это и было рождение нейтринной астрономии. В 2015 году наградили открытие того, что нейтрино на лету превращаются из одного типа в другой.

Новое у Хальцена – энергии. Нейтрино от Солнца и сверхновой в миллионы раз слабее тех, что ловит IceCube. Такие частицы рождаются только в самых экстремальных местах Вселенной: у сверхмассивных черных дыр, в джетах активных галактик.

Байкальский нейтринный телескоп

У IceCube есть российский «родственник», устроенный по той же идее Маркова, – Baikal-GVD на озере Байкал. Его датчики не вморожены в лед, а висят на тросах в глубине чистой байкальской воды. Он стоит в Северном полушарии и поэтому, глядя сквозь Землю, видит ту часть неба, которая для IceCube оказывается над головой. Это делает два телескопа естественными партнерами: Baikal-GVD уже независимо подтвердил поток астрофизических нейтрино, открытый IceCube. В Средиземном море по тому же принципу строится европейский KM3NeT.

Галактику M77 можно увидеть самому

Вот редкий случай, когда объект из нобелевского открытия доступен любителю. Галактика M77 имеет примерно 9-ю звездную величину и лежит меньше чем в градусе от звезды дельта Кита. Октябрь – хорошее время для нее: созвездие Кита высоко поднимается над южной частью горизонта во второй половине ночи.

В телескоп с объективом от 100 мм M77 выглядит как маленькое, но яркое округлое пятнышко с почти звездным ядром. Ядро в этой галактике активное: за завесой пыли в нем сидит черная дыра, от которой IceCube поймал нейтрино. Чтобы увидеть спиральные рукава потребуется уже телескоп с диаметром объектива от 200 мм и темное небо за городом.

Источники

1. Press release: Nobel Prize in Physics 2026 – The Royal Swedish Academy of Sciences, 6 октября 2026 года.
2. Francis Halzen, IceCube principal investigator, wins 2026 Physics Nobel Prize – IceCube Neutrino Observatory, 6 октября 2026 года.
3. 2026 Nobel Prize in physics awarded for NSF IceCube neutrino discoveries – The U.S. National Science Foundation, 6 октября 2026 года.