Nobelova cena za fyziku 2026: Neutrína otvorili nové okno do vesmíru

Nobelovu cenu za fyziku za rok 2026 získal Francis Halzen za rozhodujúci prínos k vybudovaniu observatória IceCube a za objav vysokoenergetických neutrín astrofyzikálneho pôvodu. Ocenenie uznáva prácu celej komunity neutrínovej astronómie, v ktorej má svoje zastúpenie aj Slovensko.

Prečo sú neutrína výnimočné

Neutrína patria medzi najťažšie pozorovateľné častice vo vesmíre. Takmer nereagujú s hmotou, a preto môžu prechádzať obrovskými vzdialenosťami prakticky bez zmeny smeru a energie. Práve táto vlastnosť z nich robí jedinečných poslov informácií o najenergetickejších procesoch vo vesmíre – o objektoch a javoch, ktoré často nedokážeme pozorovať klasickými astronomickými metódami.Na rozdiel od svetla môžu unikať aj z veľmi hustých oblastí, v ktorých vznikajú, a prinášajú tak informáciu priamo z miest, kde sa častice urýchľujú na extrémne energie. Keďže nemajú elektrický náboj, magnetické polia ich neodchyľujú, takže môžu ukázať priamo na svoj kozmický zdroj.

IceCube a historický zlom

Už v 60. rokoch minulého storočia vznikla myšlienka využívať obrovské objemy vody ako detektory neutrín. Princíp je založený na Čerenkovovom žiarení. Keď neutríno interaguje s látkou, môže vzniknúť nabitá častica, napríklad mión. Ak sa mión pohybuje vo vode alebo ľade dostatočne rýchlo, vytvára charakteristický záblesk Čerenkovovho svetla. Z času a smeru príchodu týchto fotónov možno rekonštruovať dráhu častice a následne určiť smer a energiu pôvodného neutrína. Problémom je mimoriadne nízka pravdepodobnosť neutrínovej interakcie. Potrebný je preto detektor s objemom porovnateľným s kilometrom kubickým. Navyše musí byť umiestnený hlboko pod zemou, ľadom alebo vodou, aby sa potlačilo obrovské pozadie kozmického žiarenia

Francis Halzen patril ku kľúčovým osobnostiam, ktoré presadili myšlienku vybudovať obrovský neutrínový detektor v antarktickom ľade. IceCube pokrýva kubický kilometer a bol dokončený v roku 2011. Tisíce optických senzorov v ňom zachytávajú slabé záblesky Čerenkovovho žiarenia, ktoré vznikajú pri interakciách neutrín.

Už v roku 2013 zaznamenal  IceCube vysokoenergetické neutrínové udalosti s energiami približne 1 PeV. Analýza ukázala, že pozorovaný signál nemožno vysvetliť len neutrínami vznikajúcimi v atmosfére Zeme. IceCube tak poskytol prvý presvedčivý dôkaz existencie vysokoenergetických neutrín astrofyzikálneho pôvodu a otvoril úplne novú oblasť astronómie.

Naše zapojenie: KM3NeT

Na Ústave experimentálnej fyziky SAV, v. v. i. sa tejto oblasti venujeme aj my. Kolegovia z Oddelenia kozmickej fyziky sú aktívnymi členmi kolaborácie KM3NeT. KM3NeT využíva rovnaký základný princíp ako IceCube, ale namiesto ľadu používa morskú vodu v hĺbke niekoľkých kilometrov v Stredozemnom mori. Experiment pozostáva z množstva vertikálnych detekčných strún. Na nich sú umiestnené optické moduly s viacerými fotonásobičmi. Má dva detektory majú odlišné vedecké zameranie. Okrem detekcie vysokoenergetických kozmických neutrín študuje aj oscilácie a vlastnosti neutrín. Práve využitie morskej vody a poloha v Stredozemnom mori dávajú KM3NeT významnú výhodu pri pozorovaní južnej oblohy a predovšetkým oblasti Galaktického centra. Detektory IceCube a KM3NeT tak komplementárne pozorujú rôzne časti oblohy.

KM3NeT už priniesol historický objav. Dňa 13. februára 2023 zaznamenal najenergetickejšie neutríno, aké sa doteraz pozorovalo s energiou približne 220 PeV.  Energia 220 PeV je približne stokrát vyššia než energia neutrín, ktoré tvorili prvé významné astrofyzikálne vzorky IceCube. Takéto neutríno musí byť výsledkom mimoriadne energetického procesu vo vesmíre. Jeho zdroj zatiaľ nepoznáme. A práve to je jedna z najzaujímavejších otázok, ktoré dnes KM3NeT rieši.

Čo ocenenie znamená

Nobelova cena pre Francisa Halzena nie je len ocenením jedného experimentu či historickej etapy, ale aj uznaním neutrínovej astronómie ako novej metódy poznávania vesmíru. Pre našu kolaboráciu má osobitný význam: ocenila cestu, po ktorej kráčame aj my. Naším cieľom je posunúť hranice neutrínovej astronómie ešte ďalej a pomocou najenergetickejších neutrín odhaliť pôvod kozmického žiarenia a najextrémnejšie urýchľovače častíc vo vesmíre.

 

Spracoval: Blahoslav Pastirčák

Foto: KM3NeT