История «нейтринных» Нобелевских премий
Нобелевскую премию по физике за 2026 год присудили бельгийскому ученому Фрэнсису Хальцену из американского Университета Висконсина-Мэдисона. Награда присуждена «за решающий вклад в работу нейтринной обсерватории IceCube и открытие высокоэнергетических нейтрино астрофизического происхождения».
Это уже пятая Нобелевская премия, которая присуждается за исследование этих неуловимых частиц, сильно изменивших наше понимание Вселенной и квантовой физики.
Что такое нейтрино
Чтобы понять суть открытия, нужно разобраться, что такое нейтрино. В физике их часто называют «частицами-призраками». Это крошечные элементы, которые почти не имеют массы и электрического заряда.
Прямо сейчас, пока вы читаете этот текст, сквозь каждый квадратный сантиметр вашего тела ежесекундно пролетают десятки миллиардов нейтрино. Они летят от Солнца и из глубокого космоса, легко прошивая насквозь бетонные стены, горы и даже всю планету Земля. Они ни с чем не взаимодействуют, и именно поэтому их невероятно сложно поймать и изучить.
Зачем понадобился километр льда в Антарктиде
Поскольку нейтрино прошивают любую материю насквозь, обычные телескопы их просто не замечают. Чтобы поймать такую частицу, нужна мишень колоссальных размеров. Ведь чем больше атомов на пути нейтрино, тем выше математический шанс, что хотя бы одно из них врежется в препятствие.
Фрэнсис Хальцен понял, что строить искусственный резервуар такого объема слишком долго и дорого. Вместо этого он предложил использовать идеальную природную линзу — чистейший антарктический лед. На глубине нескольких километров царит абсолютная тьма, а сам лед кристально прозрачен. Поэтому, когда редчайшее столкновение все же происходит, датчики могут безошибочно зафиксировать возникшую голубую вспышку.
В чем главная суть открытия
До этого открытия мы изучали космос в основном с помощью света (оптические телескопы) или радиоволн (радиотелескопы). Но у света и радиоволн есть проблема, ведь во время полёта из далеких галактик, они поглощаются космической пылью, заслоняются газовыми облаками или искривляются магнитными полями.
Нейтрино сверхвысоких энергий рождаются в самых экстремальных местах Вселенной, например, при взрывах сверхновых звезд или в черных дырах. Как отметили в Нобелевском комитете, в отличие от других частиц, нейтрино летят к Земле строго по прямой, не меняя направления и не теряя энергии. Они приносят нам информацию из самых глубин космоса в первозданном виде.
Любой телескоп (и ледяной куб IceCube тоже) — это самая настоящая машина времени благодаря законам астрофизики и ограничениям скорости света. Нейтрино летят сквозь космос на скорости, практически равной световой. Если где-то в 5 миллиардах световых лет от нас взорвалась гигантская звезда, то выпущенные ею нейтрино находились в пути ровно 5 миллиардов лет и прошили льды Антарктиды только сегодня утром. То есть IceCube фиксирует не то, что происходит во Вселенной прямо сейчас, а буквально ловит далекое прошлое. Это как курьер, который доставляет нам нетронутые письма из эпохи, когда Земли еще даже не существовало.
Почему же тогда Хальцен искал именно космические нейтрино?
Нейтрино не являются исключительно космическими гостями. Это побочный продукт абсолютно любой ядерной реакции (радиоактивного распада), где бы она ни происходила. Например, внутри нашей планеты распадаются элементы, согревая Землю изнутри, и при этом излучаются потоки геонейтрино.
Наше тело тоже излучает около 340 миллионов нейтрино в день за счет естественной радиоактивности, заложенной в нас самой природой. Главным ее источником является калий. В теле взрослого человека весом около 70 кг содержится примерно 140 граммов калия, крошечная доля которого приходится на радиоактивный изотоп калий-40. Кстати, в бананах этого элемента тоже много, поэтому, распадаясь, обычный банан испускает нейтрино.
Дело в том, что земные нейтрино (от недр, реакторов или бананов) обладают очень низкой энергией. Ученые научились их фиксировать еще в 1950-х годах с помощью относительно небольших детекторов.
А вот частицы, вылетающие из эпицентров взрыва сверхновых звезд или из черных дыр, обладают сверхвысокой энергией. Ловя именно их, мы наблюдаем космический круговорот материи в моменты самых мощных катастроф. Мы видим, как заканчивается жизненный цикл одних объектов и как космический пепел от их взрывов разлетается по Вселенной, чтобы стать строительным материалом для новых планет.
Да, открытие Фрэнсиса Хальцена — это чистая, фундаментальная наука. Само по себе знание о том, откуда прилетела частица из далекой галактики, не поможет вылечить болезнь или создать новый смартфон. Но именно эта «машина времени» позволяет нам по-настоящему понять, как устроена наша Вселенная.
История «нейтринных» Нобелевских премий
NEWSROOM IN напоминает историю «нейтринных» Нобелевских премий:
- В 1988 году Леон Ледерман, Мелвин Шварц и Джек Стейнбергер получили премию за то, что доказали: в природе существует не один, а как минимум два разных типа нейтрино.
- В 1995 году Фредерик Райнес удостоился награды за первое в истории практическое обнаружение этой частицы. Вместе с коллегой Клайдом Коуэном (который не дожил до вручения премии) он сумел экспериментально «поймать» нейтрино еще в 1956 году.
- В 2002 году Раймонд Дэвис-младший и Масатоси Косиба стали лауреатами за успешную регистрацию солнечных нейтрино. Именно их работа заложила фундамент нейтринной астрономии.
- В 2015 году Такааки Кадзита и Артур Макдональд получили премию за открытие нейтринных осцилляций — процесса, когда нейтрино могут менять свой тип (превращаться друг в друга) прямо на лету. Это стало настоящей сенсацией, так как подтвердило, что эти частицы обладают массой (до этого десятилетиями считалось, что их масса равна нулю). По законам квантовой физики, изменять свои свойства во времени частица может только в том случае, если для нее существует само понятие времени. Двигаясь строго со скоростью света (как безмассовый фотон), частица «не чувствует» времени и меняться не может. Значит, нейтрино движется чуть-чуть медленнее скорости света, и у него есть масса! Это стало первым в истории прямым доказательством того, что стандартная модель физики не полна и требует расширения. Если премия 2015 года перевернула микромир (теоретическую физику), то сегодняшняя премия Фрэнсису Хальцену совершает переворот в макромире (астрономии).
