Nobelova cena za fyziku míří k jižnímu pólu. Francis Halzen odhaluje tajemství vesmíru pomocí neutrin

Švédská akademie věd oznámila letošního laureáta Nobelovy ceny za fyziku. Stal se jím belgicko-americký fyzik Francis Halzen, jehož celoživotní práce pomohla otevřít zcela nový způsob pozorování vesmíru. Klíčem jsou neutrina – téměř nepolapitelné částice, které mohou procházet celou Zemí.

Francis Halzen, významný fyzik působící na University of Wisconsin–Madison, získal Nobelovu cenu za zásadní příspěvky k observatoři IceCube a za objev vysokoenergetických neutrin astrofyzikálního původu. Právě Halzen patřil k vědcům, kteří prosadili mimořádně odvážnou myšlenku: využít obrovské množství průzračného ledu na jižním pólu jako detektor částic přicházejících z hlubokého vesmíru.

Detektor ukrytý pod kilometrem ledu

Halzen svou vizi zachycování vysokoenergetických neutrin v antarktickém ledu představil už v roce 1988. Myšlenka byla jednoduchá, ale technologicky mimořádně náročná.

Neutrina téměř nereagují s běžnou hmotou. Procházejí lidským tělem, atmosférou a dokonce celou Zemí, aniž bychom jejich průchod přímo zaznamenali. Jen ve vzácných případech neutrino narazí do atomového jádra. Právě při takové interakci může vzniknout světelný signál, který dokážou zachytit citlivé senzory.

A právě zde přichází na scénu Antarktida.

Observatoř IceCube Neutrino Observatory využívá přibližně jeden kubický kilometr antarktického ledu. V ledu jsou rozmístěny tisíce světelných senzorů, které sledují nepatrné záblesky vznikající při interakcích částic.

To, co na první pohled může vypadat jako obrovská kostka ledu uprostřed nehostinné Antarktidy, je ve skutečnosti jeden z nejpozoruhodnějších přístrojů moderní fyziky.

Neutrina jako poslové z nejvzdálenějšího vesmíru

Vědci dlouhodobě vědí, že ve vesmíru existují mimořádně energetické procesy, které dokážou urychlovat částice na energie mnohonásobně vyšší, než jakých lze dosáhnout v pozemských urychlovačích.

Dlouho však nebylo jasné, kde přesně tyto kosmické urychlovače jsou a jak fungují.

Neutrina mohou nabídnout jedinečnou odpověď.

Na rozdíl od mnoha jiných částic nejsou snadno odkláněna magnetickými poli a mohou procházet prostředím, které by jiné částice pohltilo nebo změnilo jejich dráhu. Mohou tak přinášet informace přímo z míst, kde vznikají nejenergetičtější procesy ve vesmíru.

V roce 2013 IceCube oznámil objev vysokoenergetických neutrin pocházejících mimo naši Sluneční soustavu. Pozdější výzkum přinesl důkazy o neutrinové emisi z konkrétních galaxií, například TXS 0506+056 a NGC 1068. V roce 2023 observatoř oznámila také detekci neutrin přicházejících z roviny naší vlastní Galaxie.

Od odvážného nápadu k Nobelově ceně

Výstavba IceCube byla dokončena v roce 2011. Od té doby observatoř nepřetržitě sleduje částice přicházející z vesmíru.

Na projektu dnes spolupracují stovky vědců z desítek institucí po celém světě. IceCube tak není dílem jediného člověka, ale rozsáhlého mezinárodního vědeckého týmu. Samotná observatoř uvádí přibližně 450 vědců z 58 institucí ve 14 zemích.

Právě Halzenova vize však byla jedním ze základů, na nichž celý projekt vyrostl.

Nobelovský výbor ocenil jeho rozhodující příspěvek k IceCube a k objevu vysokoenergetických neutrin astrofyzikálního původu. Halzen se tak zařadil mezi vědce, jejichž práce změnila způsob, jakým lidstvo zkoumá vesmír.

IceCube nekončí

Nobelova cena není pro IceCube tečkou. Naopak.

V letech 2025–2026 prošla observatoř významným rozšířením označovaným jako IceCube Upgrade. Jeho cílem je mimo jiné snížit energetický práh detekce a přesněji kalibrovat vlastnosti ledu, což umožní ještě přesnější rekonstrukci směru přicházejících neutrin. První vědecká data z modernizovaného systému se očekávají během roku 2026.

Vědci navíc připravují koncept IceCube-Gen2, který by měl být ještě rozsáhlejší a umožnit pozorování neutrin s ještě vyššími energiemi.

Možná tedy teprve začínáme chápat, co všechno nám mohou tyto téměř neviditelné částice o vesmíru prozradit.

Zatímco lidské oko vidí jen malou část toho, co se ve vesmíru odehrává, neutrina mohou přinést informace z míst, odkud k nám jiný signál nedokáže proniknout.

Francis Halzen ukázal, že někdy není potřeba stavět stále větší urychlovače. Stačí se podívat hluboko pod led – a naslouchat částicím, které k nám přiletěly z nejvzdálenějších koutů vesmíru.