Új ablak a kozmoszra: Francis Halzen kapta a 2026-os fizikai Nobel-díjat
A Svéd Királyi Tudományos Akadémia döntése értelmében a 2026-os Fizikai Nobel-díjat Francis Halzen kapta az antarktiszi IceCube Neutrínó Obszervatórium létrehozásában nyújtott úttörő szerepéért, valamint a kozmikus eredetű, nagy energiájú neutrínók felfedezéséért.
Francis Halzen részecskefizikus az 1980-as és 1990-es években dolgozta ki azt az elméletet, miszerint a Déli-sark több kilométer vastag, kristálytiszta jégtakarója ideális közegként szolgálhat a világegyetem legrejtélyesebb elemi részecskéinek – a neutrínóknak – a detektálására.
Víziója alapján jött létre az IceCube Neutrínó Obszervatórium, egy köbkilométernyi mély antarktiszi jégtömb, amelybe több mint 5000 szuperérzékeny fénydetektort süllyesztettek le. Amikor egy extrém nagy energiájú, távoli galaxisokból származó neutrínó kölcsönhatásba lép a jégben lévő atommagokkal, halvány kék villanást (Cserenkov-sugárzást) bocsát ki. Az IceCube segítségével a kutatóknak sikerült először azonosítaniuk a világegyetem legenergetikusabb folyamataiból – például szupernóvákból és szupermasszív fekete lyukakból – származó részecskéket, megteremtve ezzel a neutrínó-csillagászat alapjait.
Bár az IceCube elsősorban asztrofizikai alapkutatás, a részecskefizikai nagyprojektek technológiai hozadéka szorosan összefonódik a modern orvostudománnyal és gyógyszerészettel.
Az IceCube-hoz kifejlesztett egyedi fotonszámláló és fényérzékelő rendszerek technológiai alapelvei közvetlenül hozzájárulnak a legújabb generációs molekuláris képalkotó eljárások – például a PET/CT és PET/MRI – felbontásának és érzékenységének javításához.
Az extrém körülmények közötti részecskedetektálás tapasztalatai a precíziós sugárterápiában (pl. protonterápia és nehézion-terápia) használt dozimetriai eszközök fejlesztését is támogatják.
A nagy energiájú részecskék jeleinek kiszűrése a háttérzajból hasonló adatelemzési és mesterségesintelligencia-algoritmusokat igényel, mint amelyeket a komplex orvosi képalkotásban és a gyógyszerkutatási célpontok szerkezeti elemzésében alkalmaznak.
Francis Halzen munkássága kiváló példája annak, miként nyithat az elméleti részecskefizikai alapkutatás teljesen új távlatokat a természettudományok és a technológia számos más területén.
Kun Emma asztrofizikus: Új korszak előtt áll az IceCube
Elképesztő érzés, hogy az IceCube Neutrínóobszervatórium egyik megalkotója és tudományos vezető alakja, Francis Halzen kapja az idei fizikai Nobel-díjat - mondta az MTI-nek Kun Emma asztrofizikus, a nemzetközi IceCube együttműködés magyar tagja, aki szerint a kitüntetéssel egy rendkívül alázatos tudóst ismernek el. Hozzátette, hogy idén befejeződött az antarktiszi obszervatórium első jelentős bővítése, és már tervezik a következő generációs detektort is, amely új korszakot nyithat a nagyenergiás univerzum megismerésében.
A HUN-REN CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet tudományos munkatársa - aki hivatalos tagként 2020 óta vesz részt az IceCube projektben - az MTI-nek elmondta: egy kollégája hívta fel, hogy gratuláljon az elismeréshez. Bár a szakmában várták, hogy az asztrofizika területét díjazzák, a hír hatalmas örömöt és meglepetést jelentett.
Elmondta, hogy 2019 óta dolgozik együtt a friss Nobel-díjassal, akivel rendszeresen publikál közös tudományos cikkeket a nagyenergiás neutrínók forrásainak kutatásáról. A belga származású professzort a mindennapi munka során rendkívül közvetlen, barátságos és a munkája iránt rajongó emberként jellemezte.
Legutóbb Genfben egy konferencia után két órát kávéztunk, miközben folyamatosan a tudományról és az életről beszélgettünk. Az ilyen kvalitású emberekre jellemző, hogy nyitottak, nem leereszkedők és mélyen alázatosak - fogalmazott a magyar asztrofizikus.
Francis Halzen elismerése kapcsán Kun Emma rámutatott arra, hogy a csillagászok ma alapvetően négy különböző kozmikus hírvivő - az elektromágneses sugárzás, a kozmikus sugarak, a neutrínók és a gravitációs hullámok - segítségével vizsgálják az univerzumot. A neutrínóknak azért van különleges szerepük, mert rendkívül kis valószínűséggel lépnek kölcsönhatásba az anyaggal.
Míg az elektromosan töltött kozmikus sugarakat a mágneses terek eltérítik, a nagyenergiás fotonok pedig útjuk során elnyelődhetnek, a neutrínók hatalmas távolságokat tehetnek meg szinte zavartalanul. Érkezési irányuk ezért megőrizheti annak az égi forrásnak az irányát, ahol keletkeztek. Olyan extrém kozmikus részecskegyorsítókról - például aktív galaxismagokról, köztük blazárokról - is információt hordozhatnak, amelyek legsűrűbb, belső régióiba elektromágneses sugárzással nehéz vagy akár lehetetlen belátni.
Elmondta, hogy munkatársaival a többcsatornás, úgynevezett multimessenger csillagászat módszereit alkalmazzák. Az Antarktisz jégpáncéljába, mintegy 1450 és 2450 méteres mélység közé telepített IceCube detektor adatait vetik össze rádió-, röntgen- és gammatávcsövek megfigyeléseivel.
Kitért arra, hogy az asztrofizikai eredetű kozmikus neutrínók jele ritka, és a detektorban jelentős a Föld légkörében keletkező neutrínók és müonok háttere, ezért a kutatók statisztikai módszerekkel keresik a kozmikus források nyomait. A csillagászati katalógusok alapján kiválasztott, lehetséges neutrínóforrásokat közös statisztikai elemzésben vizsgálják: a sok forrás irányából érkező eseményeket megfelelő súlyozással együttesen elemzik, hogy az egyenként túl gyenge jelek összeadódva kimutathatóvá váljanak.
Amikor egy nagyenergiás neutrínó kölcsönhatásba lép a jég anyagával, töltött másodlagos részecskék - például elektronok vagy müonok - keletkezhetnek. Ha ezek a jégben gyorsabban haladnak, mint a fény jégbeli terjedési sebessége, kékes Cserenkov-fényt bocsátanak ki.
A jég mélyébe telepített több ezer fényérzékeny optikai modul ezt a fényt érzékeli. A detektorok által rögzített fény időbeli és térbeli mintázatából rekonstruáljuk a neutrínó energiáját és érkezési irányát - magyarázta, hozzátéve, hogy az IceCube a 2026-ban befejezett bővítés után már több mint 5500 optikai modult működtet a jégben.
Kun Emma elmondta, hogy az idén sikeresen befejeződött IceCube Upgrade az obszervatórium első jelentős bővítése volt a detektor eredeti kiépítése óta. Az új fényérzékelők és kalibrációs eszközök pontosabbá teszik a neutrínóesemények rekonstrukcióját, és egyben fontos technológiai lépcsőt jelentenek a következő generációs, jelenleg tervezett IceCub-Gen2 felé. Ha a Gen2 megvalósul, a jelenlegi mintegy egy köbkilométeres instrumentált térfogat körülbelül nyolc köbkilométeresre nőhet.
A jóval nagyobb detektortól a kutatók azt várják, hogy sokkal több nagyenergiás kozmikus neutrínót észleljen, így egyedi forrásokat is nagyobb statisztikai bizonyossággal lehet majd azonosítani. Emellett populációs szinten is pontosabban meghatározhatóvá válhat, hogy az egyes forrásosztályok - például az aktív galaxismagok különböző típusai - milyen mértékben járulnak hozzá a megfigyelt kozmikus neutrínófluxushoz - magyarázta Kun Emma.
Francis Halzen egy tudományos fesztiválról tartott hazafelé, mikor a Nobel-bizottság felhívta
A belga-amerikai részecskefizikus korábban, a Svéd Királyi Tudományos Akadémia stockholmi sajtótájékoztatóján azt is felidézte, hogy a fesztiválon megjósolták, hogy ő fogja elnyerni a Nobel-díjat.
A nobelprize.org oldalon közzétett interjúban Francis Halzen azt mondta, hogy projektje, amelyért a díjat elnyerte, sok meglepetést és nehézséget tartogatott.
Mint megjegyezte, visszatekintve elképesztőnek találja, hogy sikerült finanszírozást szerezniük, amiért hálás az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Alapjának (National Science Foundation) és a Wisconsin-Madison Egyetemnek, amely szerinte nagyon nyitott volt a konvencióktól eltérő ötletek és fizika irányába.
Arra is kitért, hogy projektjéről, a Déli-sarkon történő neutrínóbefogásról a szakmában sokan azt gondolták, hogy aranyos ötlet, de sosem működne.
Felidézte, hogy a Déli-sarkon végzett munka során eleinte nem tudták, milyen lesz a jég optikája, mennyire lesz majd képes az IceCube Neutrínóobszervatórium részecskedetektora érzékelni a fényt. Felfedezték, hogy az általuk érzékelhető kék fény több száz métert képes megtenni a jégben.
Elhangzott, hogy felfedezésének eredményeként a neutrínóasztronómia új korszaka köszöntött be. Francis Halzen elmondta, hogy a neutrínók forrásaként először egy aktív galaxist azonosítottak.
A neutrínók a galaxis közepén lévő szupermasszív fekete lyuk közeléből, a fekete lyukat körülvevő plazmából érkeztek.
A fekete lyukból a fény nem juthat ki, így legfeljebb rádióteleszkóppal, azzal is nagyon nehezen tanulmányozható. Erről a területről feltehetően csak neutrínók jutnak ki, azok vizsgálatával tehát a fekete lyukak közeli területei is kutathatóak - magyarázta.
Francis Halzen szerint ez csak egy példa a neutrínóasztronómia számos alkalmazási lehetőségére, amely olyannyira gyorsan fejlődött az elmúlt másfél évtizedben, hogy azt sem tudja elképzelni, hol fog tartani egyetlen év múlva.
