نوبل فیزیک ۲۰۲۶؛ شکار «ذرات شبح‌وار» کیهان در یخ‌های قطب جنوب
فرانسیس هالزن، فیزیک‌دان بلژیکی-آمریکایی، به دلیل نقش تعیین‌کننده‌اش در ساخت رصدخانه نوترینویی IceCube و کشف نوترینوهای پرانرژی با منشأ کیهانی، برنده جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۶ شد؛ دستاوردی که راه تازه‌ای برای مشاهده جهان، نه با نور بلکه با ذرات بنیادی، گشوده است.
هالزن، استاد دانشگاه ویسکانسین–مدیسن، بخش بزرگی از فعالیت علمی خود را صرف یافتن راهی برای آشکارسازی نوترینوها کرده است. نوترینوها ذرات زیراتمی بسیار سبک و بدون بار الکتریکی‌اند که به‌ندرت با ماده برهم‌کنش می‌کنند. آنها می‌توانند از میان زمین و اجرام دیگر عبور کنند، بی‌آنکه به‌آسانی متوقف یا منحرف شوند. به همین دلیل گاهی از آنها با عنوان «ذرات شبح‌وار» یاد می‌شود.
همین ویژگی نوترینوها در عین دشوار کردن آشکارسازی آنها، مزیتی بزرگ برای اخترشناسان است. نور و بسیاری از ذرات دیگر ممکن است در مسیر خود جذب یا منحرف شوند، اما نوترینوها می‌توانند اطلاعاتی تقریباً دست‌نخورده از سرچشمه‌های بسیار دور کیهانی به زمین بیاورند. از این رو دانشمندان آنها را نوعی «پیام‌رسان کیهانی» می‌دانند.
تبدیل یخ‌های قطب جنوب به یک تلسکوپ عظیم
ریشه جایزه امسال به ایده‌ای بازمی‌گردد که هالزن در سال ۱۹۸۸ مطرح کرد. او دریافت که یخ بسیار خالص اعماق قطب جنوب می‌تواند به محیطی عظیم برای آشکارسازی نوترینوها تبدیل شود.
اجرای این فکر بیش از دو دهه زمان برد و سرانجام در سال ۲۰۱۱ رصدخانه IceCube Neutrino Observatory تکمیل شد. این رصدخانه یک تلسکوپ معمولی نیست؛ آشکارساز آن در حدود یک کیلومتر مکعب از یخ قطب جنوب گسترده شده و بیش از ۵۰۰۰ حسگر نوری در اعماق یخ نصب شده است. برخی از این حسگرها تا حدود ۲۵۰۰ متر زیر سطح یخ قرار دارند.
هنگامی که یک نوترینو در موارد بسیار نادر با ماده موجود در یخ برهم‌کنش می‌کند، ذراتی ایجاد می‌شوند که رد نوری بسیار ضعیفی بر جای می‌گذارند. حسگرهای IceCube این نور را ثبت می‌کنند و دانشمندان از روی آن می‌توانند انرژی و جهت حرکت نوترینو را محاسبه کنند. به این ترتیب، یک قطعه عظیم از یخ طبیعی قطب جنوب عملاً به یک رصدخانه نجومی تبدیل شده است.
چرا این دستاورد مهم است؟
تلسکوپ‌های سنتی جهان را عمدتاً از طریق انواع امواج الکترومغناطیسی، از نور مرئی و امواج رادیویی تا پرتو ایکس و گاما، مشاهده می‌کنند. اما IceCube به جای نور از نوترینو برای شناخت کیهان استفاده می‌کند.
از آنجا که نوترینو بار الکتریکی ندارد، میدان‌های مغناطیسی مسیر آن را منحرف نمی‌کنند. بنابراین جهت ورود یک نوترینوی پرانرژی می‌تواند دانشمندان را به سوی منبع کیهانی آن هدایت کند. این ویژگی امکان مطالعه برخی از پرانرژی‌ترین پدیده‌های جهان، از جمله انفجارهای ستاره‌ای و فرایندهای مرتبط با سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی را فراهم می‌کند.
IceCube
نشان داده است که نوترینوهای پرانرژی نه فقط از کهکشان راه شیری، بلکه از نقاط بسیار دور خارج از کهکشان ما نیز به زمین می‌رسند. این دستاورد یکی از پایه‌های حوزه‌ای است که امروز «نجوم چندپیام‌رسانی» نامیده می‌شود؛ یعنی شناخت یک رویداد کیهانی از طریق ترکیب اطلاعات نور، امواج گرانشی، نوترینوها و دیگر پیام‌رسان‌های کیهانی.
ایده‌ای که در ابتدا چندان عملی به نظر نمی‌رسید
یکی از نکات جالب گزارش رویترز این است که موفقیت IceCube در آغاز قطعی به نظر نمی‌رسید. هالزن پس از اعلام جایزه گفت زمانی که پروژه آغاز شد، بسیاری آن را ایده‌ای جالب می‌دانستند، اما افراد بسیار کمی مطمئن بودند که واقعاً کار خواهد کرد؛ حتی خود او نیز تردیدهایی داشت.
با این حال، این پروژه سرانجام به یکی از مهم‌ترین ابزارهای مطالعه ذرات کیهانی تبدیل شد و راه جدیدی برای مشاهده جهان ایجاد کرد.
نسل بعدی؛ IceCube-Gen2
این مسیر هنوز به پایان نرسیده است. نسل جدید رصدخانه با نام IceCube-Gen2 در دست برنامه‌ریزی است و قرار است حجم آشکارسازی آن به حدود هشت کیلومتر مکعب یخ برسد. بر اساس گزارش رویترز، آغاز فعالیت آن برای حدود سال ۲۰۳۳ برنامه‌ریزی شده و انتظار می‌رود توان آشکارسازی نوترینوها را تقریباً ده برابر افزایش دهد.
هالزن معتقد است بخش مهمی از ثمرات علمی این فناوری هنوز در آینده قرار دارد. به گفته او، این شیوه «راهی تازه برای نگاه کردن به جهان» است و هنوز نمی‌توان پیش‌بینی کرد تلسکوپ‌های نوترینویی چه اسرار دیگری را آشکار خواهند کرد.
جایزه نوبل فیزیک امسال ۱۲ میلیون کرون سوئد، معادل حدود ۱.۲ میلیون دلار است و مراسم رسمی اعطای آن طبق سنت در ۱۰ دسامبر در استکهلم برگزار خواهد شد.
https://t.me/UT_Central_Library
گزارش اصلی رویترز
اطلاعیه رسمی جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۶