«Мы обнаружили нейтрино, исходящие от сверхмассивных черных дыр в других галактиках, - и они светят настолько ярко, что, глядя на нейтринное небо, вы просто не увидите Млечный Путь», - говорит новый нобелевский лауреат Фрэнсис Хальцен. Расскажу еще немного о сегодняшнем герое дня, о его подледной обсерватории на полюсе, и о ловле неуловимых пришельцев из далеких миров.

Фрэнсис Хальцен вырос в Бельгии, а после защиты докторской переехал в американский Университет Висконсина. В 1980-х годах, работая с космическими частицами, Хальцен услышал, что советские исследователи планируют использовать радиоприемники для регистрации нейтринных сигналов в Антарктиде. Идея заключалась в том, что при столкновении нейтрино с атомным ядром во льду возникает электрическая «искра», которая генерирует радиоволну. Если эта волна будет достаточно сильной, ее можно будет зарегистрировать с помощью радиоантенны. Хальцен вдохновился и понял, что еще одним методом может быть установка датчиков света в ледниковом льду и поиск вспышек света от столкновений.

Он представил свою идею улавливания нейтрино на Южном полюсе в 1988 году. Лед относительно прозрачен, при этом на достаточно большой глубине постоянно царит полная темнота, нет никаких светящихся существ, как в океане. Толща антарктического льда (высота ледника в районе полюса - 3 км) задерживает космические лучи, к тому же территория Южного полюса геологически стабильна, не подвержена землетрясениям и на ней уже есть база - станция Амундсен-Скотт. Идея Хальцена получила поддержку коллег, прошли успешные испытания датчиков во льдах Гренландии, и вскоре исследователи из разных учреждений объединились вокруг Хальцена, чтобы воплотить в жизнь его идею нейтринной обсерватории в Антарктиде.

Для начала им пришлось решить все практические проблемы, связанные с размещением приборов глубоко во льду. От гляциологов они узнали, что километровые отверстия можно пробурить с помощью сложного типа душевой лейки, которая использует горячую воду для растапливания льда. Затем в заполненное водой отверстие можно опустить длинный кабель с цепочками световых датчиков. Хальцен описывает эти датчики как лампочку наоборот — прибор улавливает свет, а затем преобразует его в электрический сигнал.

Много лет Хальцен выступал в роли лидера и катализатора проекта IceCube, довел его от стадии идеи до завершения измерений и получения научных результатов. IceCube должен добыть информацию о явлениях, скрытых за пылевыми облаками, и об объектах, находящихся на таком большом расстоянии, что другие формы излучения просто исчезли по пути. А главное - выяснить, что за галактические ускорители разогнали протоны космических лучей с энергией в миллионы раз большей, чем в ускорителях на Земле. Траектория заряженных протонов в пространстве искривляется магнитными полями, через которые они движутся, что делает невозможным определение их происхождения путем отслеживания направления их движения. Но загадочные процессы, ускоряющие протоны, также порождают нейтрино, на которые магнитные поля не влияют, - поэтому нейтрино, в отличие от других частиц, достигают нас, не меняя направления, не теряя энергии, и могут дать информацию, недоступную никак иначе.

Космические нейтрино с чрезвычайно высокими энергиями встречаются крайне редко, поэтому для наблюдения достаточного количества столкновений необходим огромный объем льда, - именно поэтому установка IceCube занимает целый кубический километр. И все равно интересные столкновения фиксируются хорошо если одно в год, - но все-таки фиксируются! Как говорит Хальцен, «Самый большой риск, на который мы пошли, заключался в том, что никто не знал, достаточно ли велик детектор размером в кубический километр, чтобы обнаружить космические нейтрино».

Установка IceCube была завершена в 2011 году, и вскоре исследователи обнаружили первые высокоэнергетичные нейтрино, а через несколько лет опубликовали работу с анализом данных о нейтрино, возникших далеко за пределами Солнечной системы. Поиск космических ускорителей частиц начался всерьез.