جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۶ به پاس کشف تأثیرگذار نوترینوهای پرانرژی کیهانی، به فرانسیس هالزن، فیزیکدان برجسته آمریکایی، اهدا شد که افق‌های جدیدی در اخترشناسی نوترینو گشود.

این فیزیکدان دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، نقشی محوری در توسعه و ساخت رصدخانه نوترینو آیس‌کیوب (IceCube Neutrino Observatory) در قطب جنوب ایفا کرد. آیس‌کیوب ابزاری بی‌نظیر است که به پژوهشگران اجازه می‌دهد تا ذرات کیهانی تولیدشده در نقاط دوردست جهان را با دقت بی‌سابقه‌ای رصد کنند. این دستاورد بزرگ، نه تنها درک ما از جهان هستی را متحول کرده، بلکه زمینه را برای شاخه‌ای کاملاً جدید از اخترشناسی فراهم آورده است.

فرانسیس هالزن: کاوشگر ذرات شبح‌گونه

فرانسیس هالزن، فیزیکدان برجسته دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، به دلیل سهم تعیین‌کننده‌اش در رصدخانه نوترینو آیس‌کیوب و کشف نوترینوهای پرانرژی با منشأ اخترفیزیکی، مفتخر به دریافت جایزهنوبل فیزیکسال ۲۰۲۶ شد. او توسعه و ساخت رصدخانه آیس‌کیوب در قطب جنوب را رهبری کرد که فیزیکدانان را قادر ساخت تا نوترینوهای پرانرژی حاصل از کیهان دوردست را شناسایی کنند. هالزن در کنفرانسی خبری ضمن ابراز شگفتی، بر ماهیت تیمی این پروژه عظیم تأکید کرد و از همکاری گسترده با سایر پژوهشگران قدردانی نمود.

دانیل نورچینی، فیزیکدان ذرات از دانشگاه جانز هاپکینز، هالزن را یکبینش‌گر علمی و نیروی محرکهپشت آیس‌کیوب توصیف کرد. او اظهار داشت: «آیس‌کیوب با تشخیص اولین نوترینوهای پرانرژی فراتر از کهکشان ما، درک ما از جهان را متحول کرده و رشته‌ای کاملاً جدید از اخترشناسی نوترینو را گشوده است.» نوترینوها، که اغلب با نامذرات شبح‌گونهشناخته می‌شوند، با سرعتی نزدیک به نور حرکت می‌کنند و به ندرت با ماده برهم‌کنش دارند. این ویژگی، تشخیص آن‌ها را بسیار دشوار می‌کند، اما در عین حال به آن‌ها اجازه می‌دهد بدون مانع از میان ذرات دیگر عبور کرده و اطلاعات ارزشمندی درباره سیستم‌های دوردست کیهانی به اخترشناسان ارائه دهند. ولفگانگ پاولی نوترینوها را در سال ۱۹۳۰ پیشنهاد کرد و انریکو فرمی نام آن را برگزید. این ذرات برای اولین بار در سال ۱۹۵۶ مشاهده شدند.

• رکورد تاریخی تلسکوپ فضایی هابل پس از ۳۶ سال فعالیت در مدار زمین
• ستاره‌شناسان بر این باورند که منظومه شمسی زمانی 9 سیاره داشت؛ خورشید یکی از آنها را خورد
• کشف عجیب نجومی: یک ستاره غول‌پیکر مدام ستاره همسایه مرده‌اش را با «آروغ کیهانی» بیدار می‌کند

آیس‌کیوب: تلسکوپی در اعماق یخ‌های قطب جنوب

ایده ساخت رصدخانه نوترینو در قطب جنوب در سال ۱۹۸۸ توسط فرانسیس هالزن مطرح شد. او با ترکیب ایده‌های پیشین مبنی بر استفاده از آب به عنوان محیط تشخیص و رادیو‌گیرنده‌ها در قطب جنوب، پیشنهاد کرد که یخ می‌تواند محیطی حتی بهتر باشد. مایکل مولونی، مدیرعامل مؤسسه فیزیک آمریکا، ایده هالزن راجسورانهخواند که با تبدیل حجم عظیمی از یخ طبیعی قطب جنوب به یک تلسکوپ نوترینو، پنجره‌ای بی‌نظیر بر جهان هستی و پدیده‌های دوردست و پرانرژی آن گشود.

برای نصب حسگرها در عمق یخ، تیم هالزن با متخصصان یخ‌شناسی همکاری کرد و روشی مبتکرانه شامل حفاری با آب داغ را توسعه داد. این روش امکان ایجاد سوراخ‌هایی به عمق یک کیلومتر را فراهم آورد تا کابل‌های حامل حسگرهای نوری در آن‌ها قرار گیرند. رصدخانه اولیه با نام آماندا (AMANDA) اگرچه با چالش‌هایی در لایه‌های فوقانی یخ روبرو بود، اما نشان داد که یخ در عمق بیش از ۱۴۰۰ متر بسیار خالص است. با این حال، آماندا حجم کافی برای تشخیص مطمئن نوترینوها را پوشش نمی‌داد و به همین دلیل پروژه عظیم‌تر آیس‌کیوب جای آن را گرفت. هالزن اظهار داشت که تیمش با غلبه بر تمام موانع تکنولوژیک، ابزارهای لازم برای ساخت یک آشکارساز مکعبی با حجم یک کیلومتر مکعب را به دست آورد.

رصدخانه آیس‌کیوب شامل آرایه‌ای متشکل از ۵,۱۶۰ حسگر نوری به اندازه توپ بسکتبال است که در ۸۶ کابل مجزا در یک کیلومتر مکعب یخ قطب جنوب جاسازی شده‌اند. در موارد نادر، هنگامی که یک نوترینو با هسته اتمی در یخ برهم‌کنش می‌کند، ذرات بارداری تولید می‌شوند که فوتون‌های فرابنفش و آبی منتشر می‌کنند؛ این حسگرها آن‌ها را شناسایی می‌کنند. آیس‌کیوب به منابع نوترینو طبیعی در فضا و همچنین نوترینوهایی که در اثر برخورد پرتوهای کیهانی با جو زمین تولید می‌شوند، متکی است. برای جمع‌آوری داده‌های کافی، تیم آیس‌کیوب از کل زمین به عنوان یک فیلتر استفاده می‌کند و مسیر ذراتی را که از کناره‌ها وارد آشکارساز می‌شوند، ردیابی می‌کند.

کشف نوترینوهای پرانرژی: گامی بزرگ در اخترشناسی چند‌پیام‌رسان

رصدخانه آیس‌کیوب در سال ۲۰۱۱ عملیاتی شد و فراتر از انتظارات ظاهر گشت. تنها در عرض دو سال، شواهدی از نوترینوهای پرانرژی کیهانی ساطع‌شده از سیاه‌چاله‌های ابرجرم در کهکشان‌های دیگر یافت شد. هالزن اشاره کرد که «وقتی به آسمان نوترینوها نگاه می‌کنید، کهکشان راه شیری را نمی‌بینید.»

در سال ۲۰۱۴، آیس‌کیوب سه نوترینو با انرژی‌های بی‌سابقه کشف کرد کهبرت، ارنی و بیگ بردنام گرفتند. در سال ۲۰۱۷، فیزیکدانان توانستند مسیر یک نوترینو پرانرژی را به منبعی خاص، یعنی کهکشانی دوردست با نام TXS 0506+056 (معروف بهرویداد تگزاس) ردیابی کنند. این کشف، گامی مهم در درک منشأ پرتوهای کیهانی بود. علاوه بر این، در سال ۲۰۲۲، پژوهشگران آیس‌کیوب با بررسی ده سال داده، شواهدی از ۷۹ نوترینو اضافی یافتند که نشان می‌داد کهکشان فعال مسیه ۷۷ (Messier 77) یاکهکشان ماهی مرکبیک نامزد قوی برای انتشار نوترینوهای پرانرژی است. این یافته‌ها به حل معمای منشأ پرتوهای کیهانی پرانرژی کمک شایانی کرده است.

هالزن تأکید کرد که این مشاهدات به ما اجازه می‌دهداولین شتاب‌دهنده‌های کیهانیرا ببینیم. پروژه آیس‌کیوب در فوریه گذشته با افزودن پنج رشته حسگر نوری جدید و ۶۰۰ حسگر دیگر، ارتقاء بزرگی یافت. بنیاد ملی علوم نیز مبلغ ۵۳ میلیون دلار برای پنج سال آینده جهت تداوم عملیات آن اختصاص داده است.