Нобелевскую премию по физике в этом году присудили Фрэнсису Хальцену за «решающий вклад в создание нейтринной обсерватории IceCube и открытие нейтрино высокой энергии астрофизического происхождения». Эта награда стала уже пятой Нобелевской премией за исследования нейтрино. Ранее работы в этой области отмечали в 1988, 1995, 2002 и 2015 годах — за открытие мюонного нейтрино, обнаружение нейтрино, регистрацию космических нейтрино и открытие нейтринных осцилляций соответственно.
Нейтрино трудно регистрировать из-за отсутствия электрического заряда и крайне слабого взаимодействия с веществом. В отличие от протонов и электронов, они не оставляют следов в сцинтилляторах, а столкновения нейтрино с другими частицами происходят редко, поскольку главным образом связаны со слабым взаимодействием. Масса нейтрино также необычна: она очень мала, а само нейтрино может переходить между тремя массовыми состояниями.
Для обнаружения таких частиц используют два основных подхода. В первом случае создают мощный источник нейтрино, например пучок от ускорителя частиц, и направляют его на удалённый детектор. Второй метод предполагает размещение фотодетекторов вокруг большого резервуара с водой: при столкновении нейтрино с атомным ядром возникает поток частиц, сопровождающийся короткой вспышкой света.
Даже крупнейшие водные установки долгое время позволяли уверенно наблюдать в основном солнечные нейтрино. Для этого требовался резервуар с 50 тысячами тонн воды, тогда как нейтрино, приходящие из других областей Вселенной, почти не удавалось регистрировать. Единственным исключением до появления IceCube оставалось событие 1987 года, когда взрыв сверхновой в Большом Магеллановом Облаке вызвал обнаружение нескольких нейтрино на разных обсерваториях.
Обсерватория IceCube решила проблему за счёт использования природного антарктического льда. Вместо строительства гигантского резервуара детекторы разместили глубоко в ледяном щите у Южного полюса, создав установку объёмом около одного кубического километра. Такой массив льда фактически служит резервуаром массой в миллиард тонн и обладает чувствительностью, достаточной для регистрации космических нейтрино.
Благодаря IceCube учёные получили возможность фиксировать всплески нейтрино от сверхновых, события, связанные с гравитационными волнами, и нейтрино, возникающие под действием космических лучей. Это положило начало нейтринной астрономии. Как сообщает Королевская академия наук Швеции, именно вклад Фрэнсиса Хальцена в создание обсерватории стал основанием для присуждения ему Нобелевской премии по физике 2026 года.