فرانسیس هالزن برنده نوبل فیزیک ۲۰۲۶ شد

آکادمی سلطنتی علوم سوئد جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۶ را به فرانسیس هالزن، فیزیک‌دان بلژیکی‌تبار دانشگاه ویسکانسین–مدیسن، اعطا کرد. دلیل رسمی جایزه «مشارکت‌های تعیین‌کننده در رصدخانه نوترینویی آیس‌کیوب و کشف نوترینوهای پرانرژی با منشأ اخترفیزیکی» اعلام شده است.

اهمیت این انتخاب فقط به کشف یک ذره یا یک جرم آسمانی محدود نیست. ایده هالزن و اجرای آن در آیس‌کیوب راهی تازه برای دیدن جهان گشود: استفاده از نوترینوها به‌عنوان پیام‌رسان‌هایی که می‌توانند از قلب محیط‌های متراکم و پرانرژی عبور کنند و تقریباً بدون انحراف به زمین برسند.

رصدخانه‌ای که درون یک کیلومتر مکعب یخ ساخته شد

آیس‌کیوب در نزدیکی ایستگاه آموندسن–اسکات در قطب جنوب قرار دارد، اما بخش اصلی آن روی سطح دیده نمی‌شود. این آشکارساز از ۵۱۶۰ حسگر نوری تشکیل شده که روی ۸۶ کابل عمودی، در عمق حدود ۱۴۵۰ تا ۲۴۵۰ متری یخ جنوبگان نصب شده‌اند. حجم یخ ابزارگذاری‌شده تقریباً یک کیلومتر مکعب است.

نوترینوها ذراتی بدون بار الکتریکی و با جرمی بسیار اندک‌اند. بیشتر آنها بدون برهم‌کنش از ماده عبور می‌کنند؛ به همین دلیل آشکارسازی‌شان دشوار است. در موارد نادر که یک نوترینو با هسته اتمی در یخ برخورد می‌کند، ذرات بارداری تولید می‌شوند که نوری موسوم به تابش چرنکوف ایجاد می‌کنند. حسگرهای آیس‌کیوب زمان و شدت این نور را ثبت می‌کنند تا انرژی و جهت تقریبی نوترینو بازسازی شود.

• هالزن تنها برنده نوبل فیزیک ۲۰۲۶ است و کل سهم جایزه به او تعلق می‌گیرد.
• آیس‌کیوب نخستین آشکارساز نوترینویی در مقیاس یک گیگاتن است.
• داده‌های این رصدخانه وجود نوترینوهای پرانرژیِ آمده از خارج منظومه شمسی و کهکشان را تثبیت کرد.
• این جایزه به یک برنامه پژوهشی چنددهه‌ای تعلق گرفته، نه یک آزمایش کوتاه یا نتیجه منفرد.

چرا نوترینوها نقشه دیگری از آسمان می‌سازند؟

تلسکوپ‌های معمولی نور را می‌بینند؛ رادیوتلسکوپ‌ها امواج رادیویی را و آشکارسازهای پرتو گاما فوتون‌های بسیار پرانرژی را ثبت می‌کنند. اما نور و دیگر ذرات باردار ممکن است در میان غبار جذب شوند یا در میدان‌های مغناطیسی مسیرشان تغییر کند. نوترینوها تقریباً بی‌واسطه از منبع عبور می‌کنند و جهت اولیه خود را بهتر حفظ می‌کنند.

این ویژگی به دانشمندان امکان می‌دهد محیط‌هایی مانند اطراف سیاه‌چاله‌های فعال، انفجارهای ستاره‌ای و شتاب‌دهنده‌های طبیعی ذرات را از زاویه‌ای متفاوت بررسی کنند. ارزش افزوده آیس‌کیوب این نیست که جای همه تلسکوپ‌ها را گرفته باشد؛ بلکه داده‌های آن با نور، پرتو گاما، امواج گرانشی و پرتوهای کیهانی ترکیب می‌شود. این روش «اخترشناسی چندپیام‌رسانی» نام دارد.

هالزن از دهه ۱۹۸۰ دنبال ساخت تلسکوپی برای نوترینوها بود. نخستین تلاش‌ها برای فروبردن حسگرهای نوری در یخ قطب جنوب در سال ۱۹۹۲ آغاز شد و پروژه مقدماتی AMANDA سرانجام به ساخت آیس‌کیوب انجامید. این رصدخانه در سال ۲۰۱۰ تکمیل شد و چند سال بعد شواهد قانع‌کننده‌ای از نوترینوهای پرانرژی کیهانی ارائه کرد.

جایزه فردی، دستاوردی جمعی

متن جایزه بر نقش هالزن در شکل‌دادن ایده، رهبری علمی و رسیدن پروژه از یک طرح پرریسک به رصدخانه‌ای عملیاتی تأکید دارد. با این حال، آیس‌کیوب محصول یک همکاری بین‌المللی گسترده است. بر پایه اطلاعات رسمی پروژه، حدود ۴۵۰ پژوهشگر از ۵۸ مؤسسه در ۱۴ کشور در این برنامه علمی مشارکت دارند.

قوی‌ترین نقد به روایت فردمحور جوایز علمی همین است: کشفی با چنین مقیاس مهندسی، داده و تحلیل را نمی‌توان به کار یک نفر فروکاست. پاسخ منصفانه این است که نوبل سهم تعیین‌کننده هالزن را به رسمیت شناخته، اما خود داده‌ها و زیرساخت آیس‌کیوب حاصل کار چند نسل از فیزیک‌دانان، مهندسان، حفاران، متخصصان رایانه و کارکنان قطب جنوب است.

این جایزه چه چیزی را حل نکرده است؟

کشف نوترینوهای اخترفیزیکی به معنای شناسایی همه منابع آنها نیست. آیس‌کیوب توانسته برخی کهکشان‌های فعال و نواحی پرانرژی آسمان را به‌عنوان نامزدهای مهم معرفی کند، اما منشأ بخش بزرگی از شار پراکنده نوترینوهای پرانرژی همچنان موضوع تحقیق است. همچنین بازسازی جهت و انرژی رویدادها با عدم‌قطعیت همراه است و برای بسیاری از رخدادها نمی‌توان یک منبع منفرد تعیین کرد.

گام بعدی، ارتقای آیس‌کیوب و توسعه آشکارسازهای بزرگ‌تر و دقیق‌تر است. داده‌های بیشتر، وضوح جهت‌یابی بهتر و هماهنگی سریع‌تر با تلسکوپ‌ها می‌تواند مشخص کند کدام سیاه‌چاله‌ها، بقایای ستاره‌ای یا پدیده‌های ناشناخته بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده‌های کیهانی‌اند. اگر این برنامه نتواند منابع پیشنهادی را در داده‌های مستقل و بلندمدت تکرار کند، بخشی از تفسیرهای کنونی درباره منشأ نوترینوها باید بازنگری شود.