«Кубик льда» ловит «бестелесную» материю. За что дали Нобелевку по физике
Ученые десятки лет ищут нейтрино. Миллиарды этих частиц проходят через Землю и каждого из нас. «Ловят» их с помощью гигантского ледяного детектора на Южном полюсе. Схожий проект реализуется и в России — в глубинах Байкала
Нобелевскую премию по физике в 2026 году вручили бельгийскому ученому, профессору университета Висконсин-Мэдисон в США Фрэнсису Хальзену «за решающий вклад в работу нейтринной обсерватории IceCube (дословно — «Кубик льда. — РБК) и открытие нейтрино сверхвысоких энергий астрофизического происхождения». В чем суть научной работы Хальзена и почему это важно для фундаментальной науки — в нашем материале.
Что такое нейтрино
Нейтрино — это элементарные частицы (в 100 тыс. раз меньше электронов), которые возникают в результате ядерных реакций во Вселенной — например, при образовании сверхновых, отметил в разговоре с РБК заведующий лабораторией экспериментальной ядерной физики Национального исследовательского ядерного университета МИФИ, доктор физико-математических наук Александр Болоздыня.
Нейтрино после своего возникновения движутся практически со скоростью света. Благодаря слабому взаимодействию с барионной средой (с привычной нам материей. — РБК) их очень трудно регистрировать, несмотря на обилие в окружающей среде — 100 тыс. млрд (100 трлн) этих частиц проходят через нас каждую секунду. Изучение нейтрино необходимо для понимания устройства Вселенной, указывает ученый.
Физик-ядерщик Алексей Анпилогов отдельно сообщил РБК, что прохождение нейтрино через Землю и людей «никак не отражается ни на нашем здоровье, ни на нашем самочувствии».
В пресс-релизе Нобелевского комитета нейтрино описывают так: «Они проходят сквозь Землю и наши тела, оставаясь незамеченными».
Некоторые ученые, ссылаясь на сложность темы, называют нейтрино бестелесной материей, которая «пролетает сквозь миллиардокилометровые толщи вещества (плотного урана, свинца, ртути или чего хотите), не вызвав никаких изменений ни в собственном состоянии, ни в веществе».
Кроме того, эксперты иногда упоминают, что свойства нейтрино выходят за пределы стандартной модели физики элементарных частиц.
Существование нейтрино еще в 1930-х предсказал немецкий физик Вольфганг Паули. Спустя 30 лет получилось зарегистрировать эту частицу. Вот как описывал это в разговоре с отраслевым изданием «Росатома» научный сотрудник Института ядерных исследований Российской академии наук (РАН) Дмитрий Горбунов:
«Представим мысленно еще раз весь процесс: распад ядра на другое ядро и появление электрона и нейтрино. Представим, что у нас есть мощный источник, создающий такие распады, и есть поток нейтрино. Логично предположить, что идет и обратный процесс: нейтрино рассеивается на втором ядре с образованием первого и позитрона. Тогда, фиксируя появление позитрона в веществе из ниоткуда, вы можете сделать вывод, что это результат взаимодействия нейтрино с ядром. Это и является основным убедительным средством регистрации нейтрино»
Как появился проект IceCubе Фрэнсиса Хальзена
В 1988 году свою идею «ловли» нейтрино на Южном полюсе предложил Хальзен. При столкновении нейтрино с атомным ядром возникает вспышка света, которую можно отслеживать с помощью датчиков, расположенных в прозрачном ледниковом льду. Идею поддержали другие ученые, и в 2011 году было закончено создание IceCubе.
Установка абсолютно уникальная, выдающаяся и получающая большое количество важных научных результатов, отметил в разговоре с РБК астрофизик, профессор РАН Сергей Попов. Он выразил мнение, что премия за создание IceCube «безусловно, заслуженная». В то же время Попов оговаривается: не все результаты, которые получает установка, удается объяснить. По его словам, это редкий случай, когда Нобелевку дают за «текущую» науку. Как и Болоздыня, он говорит, что проект дает возможность разобраться, как «устроен наш мир».
Принцип работы установки описывает Болоздыня. По его словам, IceCube использует нашу планету «как фильтр, отсекая частицы, которые испытывают сильное и электромагнитное взаимодействие, регистрируя только нейтрино, прошедшие сквозь Землю». К настоящему времени зарегистрировано 28 высокоэнергетических нейтрино, которые могли быть рождены только в глубинах космоса, подчеркивает ученый.
Свое образное описание IceCube приводит и Анпилогов: «Это такая обсерватория, но она сделана в массиве льда. Там пробурены [...] сотни скважин, фотодатчики, которые регистрируют нейтрино, проходящее через этот ледяной куб».
В России есть свой аналог «Кубика льда»
Аналогом IceCube в Северном полушарии является российский детектор Baikal-GVD (Байкальский нейтринный телескоп. — РБК), использующий в качестве рабочей среды воду у дна озера Байкал, указал Болоздыня.
«У нас в стране этим полигоном стало озеро Байкал, где сейчас продолжает разворачиваться огромного размера — 8,1 куб. км — Байкальский нейтринный телескоп», — добавил в беседе с РБК руководитель научной группы МГУ в проекте Байкальского нейтринного телескопа Евгений Широков. Последний также называет премию Хальзену заслуженной. По словам Широкова, фамилия бельгийца уже пару-тройку лет назад называлась в числе кандидатов на Нобелевскую премию по физике.
«И я очень надеюсь, что эта премия послужит дальнейшему развитию нейтринных проектов, в том числе и нашего проекта, который у нас реализуется на озере Байкал. Потому что это обычно привлекает внимание и в следующем десятилетии мы увидим еще большие детекторы с еще большей эффективностью. Как недавно сказал Фрэнсис Хальзен: больше детекторов — больше телескопов — лучше телескопы», — отметил Широков.
По его оценке, взгляд на нейтринную Вселенную дает понимание, в каком мире мы живем, как он устроен, из чего, «что называется, все состоит» и какие процессы идут во Вселенной.
«Мы очень плохо представляем, как устроен мир вокруг нас, потому что до нас доходят жалкие остатки того, что там происходит. Нейтрино нам приносит первичную информацию о том, что происходит в самых интенсивных источниках излучения во Вселенной. Поэтому эта работа, как работа фундаментальной науки, она, конечно, чрезвычайно важна», — заключает Широков.