Нобеловата награда за физика за 2026 г. е присъдена на базирания в САЩ изследовател Франсис Халцен за откритието му на високоенергийни неутрино – частици, идващи от Космоса.
Нобеловият комитет заяви, че Халцен има „решаващ принос“ за откриването на „неутрино с астрофизичен произход“ чрез експеримента IceCube, разположен под леда на Южния полюс.
Елен Муунс, генерален секретар на Кралската шведска академия на науките, описа тези неутрино като „призрачни пратеници“. Определението се отнася до факта, че частиците имат почти никаква маса и преминават през твърди обекти, без практически да взаимодействат с тях. Всъщност милиарди неутрино преминават през всеки човек на Земята всяка секунда. Повечето от тези неутрино се излъчват от Слънцето. До нашата планета обаче достигат и високоенергийни неутрино, идващи от други места във Вселената. Те са приблизително милиард пъти по-редки от неутрино, които непрекъснато се излъчват от Слънцето.
Тези частици произхождат от различни източници, сред които са черните дупки в центровете на далечни галактики, които ускоряват частици до изключително високи енергии. Идеята зад експеримента IceCube е ледът на Южния полюс да бъде използван като прозрачен естествен материал, който позволява улавянето на слабите светлинни проблясъци, породени от тези високоенергийни частици. Експериментът включва хиляди сензори, разположени под замръзналата повърхност на Антарктида върху площ с обем от един кубичен километър.
Коментирайки значението на работата на Халцен, Марк Пиърс, председател на Нобеловия комитет по физика, заяви: „Неутриното има толкова необичайни свойства. То взаимодейства с материята изключително рядко, а в този случай ни позволява да получаваме информация за далечни космически източници, която не можем да придобием по друг начин.“
По-голямата част от знанията ни за Вселената идват от светлината. Някои от най-екстремните обекти и среди в нея обаче могат напълно да скрият тайните си от светлината. Високоенергийните неутрино ни дават друг начин да ги изследваме. Халцен, който работи в Университета на Уисконсин – Медисън, е помогнал тези трудноуловими частици да се превърнат в нов инструмент за астрономията. Неутриното взаимодейства толкова слабо с материята, че може да преминава през звезди, галактики и дори цели планети почти безпрепятствено. Това го прави изключително трудно за откриване, но същевременно го превръща в ценен пратеник от Космоса.
Предизвикателството е, че високоенергийните неутрино, идващи от обекти извън Слънчевата система, са изключително редки. За да уловят достатъчно от тях, физиците се нуждаят от детектор с огромни размери – приблизително един кубичен километър.
Естествен детектор
Дълбоко под Южния полюс ледът е изключително прозрачен. Учените пробиват тесни отвори в него и спускат дълги низове от светлинни сензори на повече от километър под повърхността. След като отворите отново замръзнат, сензорите остават вградени в леда и образуват огромен естествен детектор.
Повечето неутрино преминават право през Земята и през IceCube, без да оставят никаква следа. Понякога обаче неутрино се сблъсква с материята в леда или близо до него и поражда заредена частица, например мюон.
Този мюон може да се движи през леда по-бързо, отколкото светлината се разпространява в самия лед. В резултат се образува слаб конус от синя светлина, известен като черенковско излъчване. Това не означава, че частицата се движи по-бързо от универсалната граница на скоростта. Светлината просто се движи по-бавно през лед, отколкото във вакуум. Чрез измерване на времето и разпределението на светлината, регистрирана от множество сензори, заровени в леда, IceCube може да възстанови траекторията на мюона и да определи посоката, от която е пристигнало първоначалното неутрино.
На практика мюонът оставя светеща следа в леда, която позволява на учените да проследят пътя му назад и да установят източника на неутриното в небето. През 2013 г. екипът на IceCube съобщи за първите убедителни доказателства за съществуването на популация от изключително високоенергийни неутрино, идващи от източници извън Слънчевата система.
Това беше голям пробив, тъй като неутриното се държи по съвсем различен начин от другите частици, които достигат до нас от Космоса. Космическите лъчи например са електрически заредени. Магнитните полета променят траекторията им, докато се движат през Вселената, поради което при пристигането им на Земята често е изключително трудно да се установи откъде произхождат.
Неутриното няма електрически заряд. То се движи през Космоса почти по права линия, така че посоката, от която пристига, може да ни насочи обратно към неговия източник. Освен това тези частици могат да напускат плътни среди, от които светлината не успява да се измъкне, тъй като се поглъща или разсейва.
Това отваря нов прозорец към някои от най-бурните и енергийни места във Вселената, включително околностите на свръхмасивни черни дупки и други мощни космически ускорители на частици.
Откритието помогна и за утвърждаването на това, което днес наричаме многопратеникова астрономия – подход, при който учените съчетават различни космически сигнали, за да изградят по-пълна картина на Вселената. Сред тях са светлината, гравитационните вълни, космическите лъчи и неутриното.
Всеки от тези сигнали носи различна информация.
Неочакван обрат в историята
Неутриното не е непознато на Нобеловата награда. През последните няколко десетилетия отличието е присъждано за откриването на тези частици, за установяването на различните им видове, за регистрирането на космически неутрино и за откритието, че те осцилират – тоест променят вида си, което показва, че имат маса.
Работата на Халцен добавя нова глава към тази история. Той помага неутриното да бъде използвано не просто като частица, която трябва да бъде изследвана, а като пратеник, чрез който може да се изучава Вселената.
Тъй като неутриното може да изминава огромни разстояния и да преминава през материята почти безпрепятствено, учените дори са обсъждали възможността един ден то да бъде използвано за комуникация на междузвездни разстояния. Тази идея обаче остава изцяло хипотетична. IceCube регистрира неутрино, произведени от естествени астрофизични процеси, а не съобщения от извънземни цивилизации. В тази история има красива ирония. Неутриното е полезно именно защото е толкова трудно за улавяне. Нежеланието му да взаимодейства с материята му позволява да изминава огромни космически разстояния почти без промяна.
А детекторът, който направи възможна тази нова област в астрономията, не е трябвало да бъде изграден от произведен от човека материал с обем от един кубичен километър. Прозрението на Халцен е, че природата вече е осигурила такъв материал под Южния полюс.
Така наречените „призрачни частици“ се превърнаха в забележителен инструмент за изследване на някои от най-енергийните и иначе скрити области на Вселената.
Изберете bTV Новините като ваш любим източник в Google
