نوبل فیزیک ۲۰۲۶ به فرانسیس هالزن برای شکار نوترینوهای کیهانی در رصدخانه آیس‌کیوب اعطا شد

برای به دام انداختن ذره‌ای که می‌تواند بدون هیچ برخوردی از درون کل کره زمین عبور کند، به یک شرط اساسی نیاز دارید: یک حجم عظیم و کاملاً شفاف از ماده که از پرتوهای مزاحم کیهانی در امان باشد. این محدودیت فیزیکی، ساخت ردیاب‌های معمولی را غیرممکن می‌کند.[1][5]

تنها مکانی روی زمین که این شرایط سخت در آن مهیاست، اعماق یخ‌های قطب جنوب است. امروز، آکادمی سلطنتی علوم سوئد نشان داد که برآورده کردن این شرط تا چه حد برای علم اهمیت داشته است و چگونه یک ایده جسورانه به واقعیت پیوست.[2][4]

جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۲۶ به فرانسیس هالزن، فیزیکدان ۸۲ ساله بلژیکی-آمریکایی، اعطا شد. این جایزه به پاس مشارکت‌های تعیین‌کننده او در تأسیس رصدخانه نوترینویی آیس‌کیوب و کشف نوترینوهای پرانرژی با منشأ اخترفیزیکی به وی تعلق گرفت.[1][6]

هالزن که از سال ۱۹۷۲ استاد دانشگاه ویسکانسین-مدیسون است، ایده استفاده از یخ‌های قطب جنوب را برای اولین بار در سال ۱۹۸۸ مطرح کرد. جایزه ۱۲ میلیون کرونی (حدود ۱.۲ میلیون دلار) نوبل، تأییدی بر دهه‌ها تلاش او برای گشودن پنجره‌ای جدید به سوی کیهان است.[5][6]

شکارچیان ارواح کیهانی در اعماق یخ

نوترینوها ذراتی زیراتمی با جرمی تقریباً صفر و بدون بار الکتریکی هستند که در خشن‌ترین رویدادهای کیهانی تولید می‌شوند. به دلیل عدم تعامل با ماده، آن‌ها در مسیرهای کاملاً مستقیم از میان کهکشان‌ها عبور می‌کنند و هیچ میدان مغناطیسی نمی‌تواند مسیرشان را منحرف کند.[2][4]

این ویژگی، نوترینوها را به پیام‌آورانی بی‌نقص از اعماق کیهان تبدیل می‌کند، اما همزمان ردیابی آن‌ها را به یک کابوس مهندسی بدل می‌سازد. هالزن متوجه شد که برای ثبت برخورد بسیار نادر یک نوترینو با اتم‌ها، به هدفی به بزرگی یک کوه نیاز است.[5][7]

رصدخانه آیس‌کیوب دقیقاً بر اساس همین مکانیسم ساخته شد و ساخت آن در سال ۲۰۱۱ به پایان رسید. این رصدخانه شامل یک کیلومتر مکعب از یخ‌های قطب جنوب است که با ۵۱۶۰ حسگر نوری فوق‌حساس در اعماق ۱.۵ تا ۲.۵ کیلومتری سطح زمین تجهیز شده است.[1][6]

مارک پیرس، رئیس کمیته نوبل فیزیک، در جریان اعلام این جایزه گفت: «فرانسیس هالزن یک تیم بین‌المللی از محققان و مهندسان را رهبری کرد که ابزاری خارق‌العاده را در اختیار ما قرار دادند. سرسختی و بینش علمی او راه را برای نوع جدیدی از نجوم هموار کرده است.»[5][7]

هنگامی که یک نوترینو به ندرت با مولکول یخ برخورد می‌کند، ذره‌ای ثانویه به نام میون تولید می‌شود. این ذره با سرعتی بیشتر از سرعت نور در محیط یخ حرکت کرده و تابش آبی‌رنگ ضعیفی به نام «تابش چرنکوف» از خود ساطع می‌کند که توسط حسگرها ثبت می‌شود.[4][5]

تولد اخترشناسی نوترینویی

تا پیش از این، درک ما از کیهان تقریباً به طور کامل بر اساس امواج الکترومغناطیسی و نور بود. اما نور می‌تواند توسط غبار کیهانی مسدود شود یا مسیر آن در میدان‌های مغناطیسی کهکشان‌ها منحرف گردد، که این امر ردیابی منبع اصلی را دشوار می‌کند.[2][7]

در سال ۲۰۱۳، آیس‌کیوب موفق شد اولین نوترینوهای پرانرژی را که به طور قطع از خارج از منظومه شمسی آمده بودند، شناسایی کند. این ذرات انرژی‌هایی در مقیاس پتاالکترون‌ولت (PeV) داشتند که میلیون‌ها بار بیشتر از انرژی ذرات در شتاب‌دهنده‌های زمینی است.[5][6]

این کشف تاریخی، رسماً رشته جدیدی به نام «اخترشناسی نوترینویی» را پایه‌گذاری کرد. این دستاورد به دانشمندان اجازه داد تا به جای نگاه کردن به کیهان، به معنای واقعی کلمه به آن گوش دهند و اطلاعاتی را دریافت کنند که از هیچ راه دیگری قابل دستیابی نیست.[4][7]

در سال ۲۰۱۸، آیس‌کیوب توانست برای اولین بار منبع یکی از این نوترینوهای پرانرژی را ردیابی کند. این ذره از یک کهکشان فعال به نام بلازار در فاصله ۴ میلیارد سال نوری از زمین سرچشمه گرفته بود که در مرکز آن یک سیاه‌چاله کلان‌جرم قرار دارد.[2][5]

مرزهای جدید در فیزیک ذرات

با وجود این موفقیت چشمگیر، مکانیسم‌های دقیقی که این ذرات را به چنین انرژی‌های عظیمی می‌رسانند، هنوز به طور کامل درک نشده‌اند. ما می‌دانیم که شتاب‌دهنده‌های کیهانی وجود دارند، اما جزئیات فیزیکی درون آن‌ها همچنان یک راز بزرگ است.[2][5]

همچنین، رفتار خود نوترینوها در طول سفرهای چند میلیارد سال نوری‌شان می‌تواند سرنخ‌هایی از فیزیک فراتر از مدل استاندارد ارائه دهد. محققان به دنبال شواهدی از تغییر طعم نوترینوها یا تعاملات ناشناخته آن‌ها با ماده تاریک در طول این مسیرهای طولانی هستند.[4][6]

اکنون محققان در حال برنامه‌ریزی برای توسعه این رصدخانه تحت عنوان نسل دوم آیس‌کیوب هستند. این پروژه قصد دارد حجم ردیاب را ده برابر کرده و تعداد حسگرها را به شدت افزایش دهد تا نرخ ثبت نوترینوهای کیهانی به میزان قابل توجهی بالا برود.[5][6]

این گسترش برای یافتن منابع بیشتر و درک بهتر فیزیک ذرات در انرژی‌های فراتر از توان شتاب‌دهنده‌های زمینی ضروری است. انتظار می‌رود با این ارتقا، دانشمندان بتوانند نقشه دقیقی از منابع پرانرژی در سراسر آسمان رسم کنند.[1][7]

اعطای نوبل فیزیک ۲۰۲۶ به فرانسیس هالزن، تنها تقدیر از یک عمر تلاش علمی نیست. این جایزه نشان می‌دهد که چگونه غلبه بر محدودیت‌های فیزیکی و استفاده از ساختارهای طبیعی زمین، می‌تواند مرزهای دانش بشری را تا بی‌نهایت گسترش دهد.[1][3]

اهمیت همکاری‌های بین‌المللی

هالزن در واکنش به دریافت این جایزه تأکید کرد که این موفقیت حاصل کار گروهی صدها دانشمند از سراسر جهان است. او یادآور شد که بدون همکاری‌های بین‌المللی و سرمایه‌گذاری‌های بلندمدت در علوم بنیادی، ساخت چنین ابزار پیچیده‌ای در یکی از خشن‌ترین محیط‌های زمین غیرممکن بود.[5][6]

در نهایت، رصدخانه آیس‌کیوب ثابت کرد که گاهی برای نگاه کردن به دورترین نقاط آسمان، باید به عمیق‌ترین نقاط زمین خیره شد. کشف نوترینوهای اخترفیزیکی، فصل جدیدی در کتاب درک ما از کیهان گشوده است که نگارش آن تازه آغاز شده است.[2][4]