Нобелевская премия по физике присуждена за работы с частицами из глубин Вселенной

Килограмм льда, триллион частиц и один бельгиец: как поймали неуловимое

Фрэнсис Хальцен получил Нобелевскую премию по физике. Бельгийско-американский астрофизик удостоен награды за решающий вклад в создание нейтринной обсерватории IceCube и открытия, которые она принесла. Об этом объявила Шведская королевская академия наук.

Сама обсерватория стоит в Антарктиде, на американской станции Амундсен-Скотт. Внутри льда на Южном полюсе спрятан детектор размером примерно с кубический километр. Именно от рабочего объёма установки и пошло её название.

Почему для этого выбрали самый холодный континент? Лёд там прозрачный и очень чистый. Когда нейтрино врезается в атом, рождается слабая вспышка света. Её ловят тысячи оптических датчиков, опущенных в толщу на километры вглубь. По картине вспышек учёные вычисляют, откуда прилетела частица.

А прилетают они отовсюду. Нейтрино не имеет электрического заряда и почти не сталкивается с атомами. Сквозь человеческое тело каждую секунду проходят триллионы таких частиц, и человек этого не замечает. Остановить их способны разве что звёзды, да и то не всегда.

Долетев до Земли, нейтрино не искажаются. Они несут «чистые» данные об источниках — от центра Солнца до первых секунд после Большого взрыва. По сути, это единственный известный науке канал связи с самыми энергичными процессами во Вселенной.

Что даёт эта ловушка для науки

Нейтрино относится к классу лептонов. Согласно квантовой физике, у частицы есть полуцелый спин — собственный момент импульса, который участвует только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Название пришло из итальянского: neutrino — уменьшительное от neutrone, то есть нейтрон.

Долгое время частицу считали безмассовой. Когда выяснилось, что масса у неё всё-таки есть, а вместе с ней существуют тау-нейтрино, стало понятно: эти частицы выходят за рамки Стандартной модели. А значит, искать новую физику логично именно здесь.

Одна из тем, которой сейчас заняты учёные, — поиск стерильных нейтрино и нарушений симметрии между материей и антиматерией. Если последнее удастся объяснить, станет ясно, почему во Вселенной преобладает материя.

Изучение этих частиц помогает разобраться в устройстве звёзд и всей Вселенной. Работы ведутся десятилетиями, но IceCube стала первой установкой, которая превратила охоту за нейтрино из теории в поток реальных данных.

Интересно, что премию дали не за одну конкретную формулу, а за инструмент. Такое в истории Нобеля по физике случается нечасто — обычно награждают за открытие. Здесь же отметили создание научной инфраструктуры, которая будет приносить результаты ещё много лет.

Ранее Нобелевскую премию по физике присуждали за работу по изучению климата и сложных физических систем.