«Королевская шведская академия наук приняла решение присудить Нобелевскую премию по физике 2026 года Фрэнсису Халцену за решающий вклад в обсерваторию нейтрино IceCube и открытие высокоэнергетических нейтрино астрофизического происхождения», — говорится в официальном пресс-релизе Нобелевского комитета.
Фрэнсис Хальцен. Источник: nobelprize.org
Нейтрино — это электрически нейтральные частицы, которые почти не взаимодействуют с обычным веществом. Прямо сейчас через каждого из нас пролетают миллиарды таких нейтрино в секунду — однако мы этого не замечаем, как и они нас. Частицы незаметно проходят сквозь Землю, и лишь в крайне редких случаях вступают с веществом в слабое взаимодействие — одно из четырех фундаментальных взаимодействий наряду с ядерными силами, электромагнитными и гравитацией.
Сами частицы рождаются в ядерных реакциях, которые происходят внутри звезд. Есть нейтрино, которые возникают от взрывов сверхновых, от слияния черных дыр и нейтронных звезд. Любой такой астрономический взрыв генерирует огромный поток фотонов, гамма-лучей и нейтрино. Но в отличие от фотонов, которые поглощает межзвездная среда, нейтрино «долетают» до Земли. О существовании этих частиц ученые узнали еще в 1956 году. Сначала их косвенно зарегистрировали у ядерного реактора в Южной Каролине в США, а позже удалось зарегистрировать и космические нейтрино, испускаемые Солнцем — они стали потенциальным источником информации о космических процессах. Так появилось новое научное направление — нейтринная астрономия. Сегодня ученые регистрируют нейтрино, измеряют их энергию и направление, чтобы определять, что происходит далеко в космосе.
Возможность изучать Вселенную с помощью нейтрино была экспериментально доказана в работах Фрэнсиса Халцена, удостоенного Нобелевской премии по физике. Еще в 1988 году он предложил ловить нейтрино на Южном полюсе: когда частица сталкивается с атомным ядром, возникает вспышка света, которую можно улавливать с помощью датчиков в прозрачном льду. Лед в этой области хорошо подходит для исследований — он практически не содержит фоновых излучений, а сам район геологически стабилен. Идею поддержали другие исследователи, и уже через несколько лет прошли первые испытания датчиков. Но нейтрино высоких энергий встречаются очень редко, поэтому нужен огромный объем льда — так в 1988 году Фрэнсисом Халценом был создан проект обсерватории IceCube размером в кубический километр, она была полностью запущена в 2011 году. Вскоре после ее открытия исследователи зарегистрировали первые высокоэнергетические нейтрино, а несколько лет спустя подтвердили: эти частицы долетели из-за пределов Солнечной системы. Это событие положило начало нейтринной астрономии.
«Излучение Вавилова-Черенкова — ключевой механизм регистрации нейтрино. Саму частицу поймать нельзя, но когда она сталкивается с атомным ядром, выбитый электрон летит сквозь лед или воду и излучает слабый свет — черенковское излучение. Именно этот свет и улавливают детекторы. Поэтому для эксперимента нужна максимально чистая прозрачная среда и огромный объем: нейтрино очень слабо взаимодействует с веществом, и такие события крайне редки. Зато из этого возникают неожиданные прикладные возможности. Это, скажем, дистанционный мониторинг ядерных реакторов. Можно привести аналогию: вы сидите далеко от реактора в безопасной зоне, туда не может долететь никакое излучение, но нейтрино проникает даже через Землю. И вы, обладая большим объемом детектора, иногда регистрируете эти нейтрино и по их характеристикам узнаете, что происходит внутри реактора. Это очень крутая прикладная вещь», — рассказал ведущий научный сотрудник Нового физтеха ИТМО, доктор физико-математических наук Дмитрий Карловец.
Дмитрий Карловец. Фото: Дмитрий Сайтимов
Кроме того, нейтрино, которые постоянно регистрирует IceCube, помогут исследователям узнать, что происходит глубоко в космосе, откуда обычное излучение и свет никогда не долетают. По сути, нейтрино наряду с гравитационными волнами — это единственные посланники из «темных» областей Вселенной, где происходят процессы, о которых мы иначе никак не узнаем.
В России исторически первым подобным экспериментом стал Baikal-GVD — глубоководный нейтринный детектор на самом глубоком и прозрачном озере Земли. Полноценно он начал функционировать в 2018 году, и сегодня это прямой конкурент IceCube — только в Северном полушарии. Первые успешные результаты российские ученые получили уже после первых экспериментов, и с тех пор они ловят там по несколько нейтрино ежегодно. В число исследователей входят ученые из разных стран, но ведущую роль в этой нейтринной обсерватории играет Объединенный институт ядерных исследований в Дубне. Университет ИТМО в лице научной группы Дмитрия Карловца также официально стал ассоциированным членом Baikal-GVD в этом году. Это единственная научная группа в ИТМО, которая занимается физикой нейтрино. Каждую весну под лед Байкала опускают новые оптические модули. В 2026 году в состав экспедиции по развертыванию и обслуживанию нейтринного телескопа Baikal-GVD вошел Дмитрий Карловец.
