2026 m. Nobelio fizikos premija skirta JAV mokslininkui prof. Francisui Halzenui už lemiamą indėlį kuriant „IceCube“ neutrinų observatoriją ir atrandant didelės energijos astrofizinės kilmės neutrinus. Antarktidoje įrengta observatorija leido aptikti iš už Saulės sistemos ribų atskriejančius didelės energijos neutrinus ir atvėrė naują būdą stebėti Visatą. Kuo ypatingos šios sunkiai pagaunamos dalelės ir ką jos gali atskleisti apie kosmosą, aiškina Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto astrofizikas dr. Kastytis Zubovas.
Neutrinai yra elementariosios dalelės, panašiai kaip elektronai ar protonus ir neutronus sudarantys kvarkai. Tačiau jie išskirtiniai tuo, kad beveik nesąveikauja su kita materija. „Jos išskirtinės tuo, kad beveik nesąveikauja su kitokia materija, taigi gali pralėkti kiaurai didžiulius objektus ir praktiškai nesustoti. Mūsų kūnus kas sekundę kerta apie šimtą trilijonų neutrinų be jokio pastebimo poveikio“, – sako dr. K. Zubovas.
Būtent ši neutrinų savybė lemia ir tai, kad juos aptikti itin sudėtinga. Tam skirta „IceCube“ observatorija, kurios pagrindinis detektorius yra pats Antarktidos ledynas, nusagstytas sensoriais. Nors neutrinų sąveikos su medžiaga retos, milžiniškas detektoriaus tūris leidžia tikėtis bent dalį jų užfiksuoti. „Kubinis kilometras ledo – pakankamai daug, kad tų sąveikų galėtume kartais tikėtis. Sąveikos metu sukuriama kita elementarioji dalelė – dažniausiai miuonas – kuri, lėkdama per ledą, ima skleisti vadinamąją Čerenkovo spinduliuotę. Sensoriai fiksuoja blausius Čerenkovo spinduliuotės žybsnius, o pagal žybsnio stiprumą ir kryptį galima nustatyti, iš kur atėjo ir kokią energiją turėjo neutrinas“, – aiškina mokslininkas.
Neutrinai susidaro termobranduolinių reakcijų metu Saulėje ir kitose žvaigždėse, tačiau „IceCube“ aptikti neutrinai yra gerokai energingesnių procesų produktas. Kosmose egzistuoja savotiški natūralūs dalelių greitintuvai, kuriuose dalelės gali pasiekti iki milijono kartų didesnę energiją, nei įmanoma išgauti Žemės laboratorijose. Kas tiksliai yra šie šaltiniai ir kokie procesai juose vyksta, tebėra svarbūs astrofizikos klausimai.
„Tai – supernovų sprogimai, gama spindulių žybsniai ir aktyvių galaktikų branduolių čiurkšlės, kur įvairios dalelės įgreitinamos iki milžiniškų energijų, o sąveikaudamos tarpusavyje bei susidurdamos su aplinkine tarpžvaigždine medžiaga paskleidžia neutrinus“, – pasakoja dr. K. Zubovas. Būtent „IceCube“ patvirtinti aukštos energijos neutrinai, atskrieję iš už Saulės sistemos ribų, atvėrė duris į visai naują būdą pažinti ir stebėti Visatą.
Šis stebėjimo būdas ypač svarbus todėl, kad neutrinai gali atnešti informaciją iš tokių Visatos vietų, kurių negalime tiesiogiai stebėti šviesa. „Būdami daug skvarbesni už kitas daleles ar spinduliuotę, neutrinai „išlenda“ iš daug tankesnių ir gilesnių regionų, pavyzdžiui žvaigždžių centrų arba sprogstančių supernovų, iš kurių dar neišsiveržė šviesa. Taigi jie gali parodyti, kas vyksta tokiose tankiose vietose, kurių šiaip tiesiogiai įžiūrėti neįmanoma. Be to, jų neveikia magnetiniai laukai, taigi jie juda daug tiesiau, nei kitos energingos dalelės (pavyzdžiui protonai ar elektronai), o tai leidžia lengviau susieti juos su konkrečiais šaltiniais“, – sako dr. K. Zubovas.
„IceCube“ jau parodė, kad astrofizikinius neutrinus iš tiesų įmanoma aptikti, o kai kuriuos atradimus leido susieti su konkrečiais energingais šaltiniais. Ateityje, fiksuojant vis daugiau šių dalelių, atsivers galimybė susidaryti išsamesnį vaizdą apie tokių šaltinių pasiskirstymą Visatoje ir juose vykstančius procesus. Tačiau neutrinų astronomijos perspektyvos siekia dar toliau. „Tolimesnėje perspektyvoje labai įdomu būtų užfiksuoti žemos energijos neutrinų „foną“, kuris turėtų susiformuoti praėjus maždaug sekundei po Didžiojo sprogimo. Tokie neutrinai mums padėtų suprasti Visatos savybes pačioje pradžioje“, – sako dr. K. Zubovas.
Prie „IceCube“ mokslinių tyrimų prisidėjo ir Europos mokslinių skaičiavimų infrastruktūra EGI, suteikusi projektui skaičiavimo, duomenų saugojimo ir GPU išteklių. Lietuvai šioje infrastruktūroje atstovauja VU, kuris taip pat prisideda savo didelio našumo skaičiavimo (HPC) ištekliais. VU Fizikos fakulteto HPC „Saulėtekis“ yra dalyvavęs ne viename bendrame EGI projekte. Lietuvos dalyvavimas EGI yra valstybės remiamos mokslinių tyrimų infrastruktūros dalis, suteikianti šalies mokslininkams galimybę naudotis bendrais Europos skaičiavimo ir duomenų ištekliais.
Kelias iki šių metų Nobelio premija įvertinto atradimo truko kelis dešimtmečius. F. Halzenas idėją Pietų ašigalio ledą panaudoti neutrinams aptikti pirmą kartą pristatė 1988 m. Antarktidos ledas tam ypač tinkamas: jis skaidrus, aplinkoje mažai įvairių trukdžių, o regionas geologiškai stabilus. Prof. F. Halzeno idėja netrukus sulaukė kitų mokslininkų palaikymo, o vos po kelerių metų pradėti pirmieji jutiklių bandymai lede.
Itin didelės energijos kosminiai neutrinai yra labai reti, todėl norint užfiksuoti pakankamai jų sąveikų reikėjo milžiniško detektoriaus. Taip atsirado „IceCube“ – visą kubinį kilometrą Antarktidos ledo apimanti observatorija, baigta įrengti 2011 m. Netrukus mokslininkai užfiksavo pirmuosius didelės energijos neutrinus, o dar po kelerių metų galėjo paskelbti apie neutrinų, atskriejusių iš toli už Saulės sistemos ribų, atradimą. Tai leido pradėti jų kosminių šaltinių paiešką. Nobelio komitetas pabrėžia, kad prof. F. Halzeno mokslinė vizija, atkaklumas ir vadovavimas tarptautinei mokslininkų bei inžinierių komandai padėjo pagrindus naujai astronomijos krypčiai, leidžiančiai Visatą tyrinėti pasitelkiant neutrinus.
„IceCube“ ir šiandien nuolat registruoja neutrinų sąveikas. Tikimasi, kad kaupiami duomenys leis daugiau sužinoti apie ekstremalias kosmines aplinkas, kuriose susidaro didelės energijos neutrinai, ir galbūt padės aptikti iki šiol nežinomų kosminių reiškinių.
Prof. F. Halzenui atiteks 12 mln. Švedijos kronų siekianti Nobelio premija. Laureatui taip pat bus įteiktas Nobelio aukso medalis ir specialiai jam sukurtas diplomas. Apdovanojimų ceremonija tradiciškai vyks gruodžio 10 d. Stokholme, minint premijos steigėjo Alfredo Nobelio mirties metines.
About the Author
