Ловись, нейтрино: Нобеля по физике дали за «призрачные сообщения» из космоса
Нобелевскую премию по физике в 2026 году присудили Фрэнсису Халзену. Наградой отметили заслуги ученого, который стал одним из инициаторов создания нейтринной обсерватории IceCube в Антарктиде. Она состоит из тысяч оптических датчиков, вмороженных в лед. Они улавливают слабые вспышки света, которые возникают при редких взаимодействиях нейтрино с веществом. С помощью установки ученые, в частности, обнаружили нейтрино высоких энергий астрофизического происхождения. Вместе с тем значительный вклад в развитие нейтринной астрономии внесли советские и российские специалисты, отметили опрошенные «Известиями» эксперты. Сегодня большую роль в изучении этих частиц играет глубоководный телескоп Baikal-GVD. Кроме того, в России разрабатывают сенсоры нового поколения, которые могут использоваться для высокоточного детектирования нейтрино.
За что наградили ученого
Лауреатом Нобелевской премии по физике в 2026 году стал ученый бельгийского происхождения, профессор Университета Висконсина в Мэдисоне (США) Фрэнсис Халзен. Престижную награду присудили «за решающий вклад в создание нейтринной обсерватории IceCube и открытие нейтрино высоких энергий астрофизического происхождения», сообщили во вторник, 6 октября, в Нобелевском комитете.
Халзен предложил использовать толщу антарктического льда в качестве гигантского детектора нейтрино. По его инициативе на глубине 1,5–2,5 км разместили трехмерную сеть из 5160 оптических датчиков. Она занимает около кубического километра льда. Установка получила название IceCube Neutrino Observatory. Ее строительство завершили в 2010 году.
Бельгийско-американский физик-ядерщик Фрэнсис Хальцен
— Нейтрино почти не взаимодействуют с обычным веществом, поэтому их называют призрачными частицами. Через каждый кубический сантиметр пространства ежесекундно пролетают миллиарды нейтрино, и только очень редко они участвуют в так называемых слабых взаимодействиях. Это одно из четырех фундаментальных взаимодействий наряду с ядерными, электромагнитными и гравитационными, — рассказал «Известиям» ведущий научный сотрудник Института солнечно-земной физики СО РАН, директор Астрономической обсерватории Иркутского государственного университета Сергей Язев.
Он объяснил, что датчики IceCube регистрируют слабые вспышки света, которые появляются в результате редких взаимодействий нейтрино с веществом. По этому излучению ученые могут восстановить направление движения и энергию частицы, а затем определить, откуда она прилетела.
Источниками нейтрино могут быть, например, взрывы сверхновых, процессы вблизи черных дыр и другие мощные астрофизические явления. Нейтрино почти беспрепятственно проходят сквозь вещество, поэтому несут ценную информацию о процессах, происходящих далеко за пределами Солнечной системы, отметил Сергей Язев.
— При исследовании особо мощных процессов во Вселенной необходимо регистрировать частицы, способные доходить до нас без искажения направления. Чтобы не подвергаться действиям магнитных межгалактических полей, такие частицы должны быть нейтральными, то есть не иметь электрического заряда. Поэтому для исследования далеких объектов подходят высокоэнергичные гамма-кванты и нейтрино. Обсерватория IceCube стала первой, которой удалось зарегистрировать нейтрино сверхвысоких энергий, — добавил старший научный сотрудник Научно-образовательного центра НЕВОД Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ Семен Хохлов.
По словам научного сотрудника Российского квантового центра, секретаря научного комитета Национальной премии в области будущих технологий «Вызов» Алены Мастюковой, Фрэнсис Халзен сыграл решающую роль в воплощении этого замысла. При этом результат стал достижением большой международной команды физиков и инженеров. В целом премия подчеркивает значение нейтринной астрономии для изучения Вселенной.
— Нейтрино уже помогают решать практически полезные задачи. Например, созданы установки, которые способны мониторить поведение ядерного реактора, как нарабатывается топливо, что с ним происходит. Такие эксперименты проводят в России и Китае. В перспективе нейтрино помогут детальнее изучить структуру Земли и ее ядра. В частности, сейчас ряд детекторов тестируют регистрацию геонейтрино — частиц, которые рождаются в недрах нашей планеты, — объяснил главный научный сотрудник Института ядерных исследований, грантополучатель Российского научного фонда Юрий Куденко.
Физика нейтрино имеет большое значение для фундаментальной науки, подчеркнул ученый. Например, изучение этих частиц может помочь приблизиться к ответу на одну из главных загадок современной физики — почему во Вселенной вещества намного больше, чем антивещества. Кроме того, нейтринные детекторы используют для поиска возможных проявлений темной материи.
Какая роль в изучении нейтрино у отечественных исследователей
Как отметил Юрий Куденко, Нобелевская премия за исследования нейтрино может дополнительно подстегнуть работы в этой области и развитие установок нового поколения, объем которых будет значительно больше, чем у современных детекторов. В частности, российские и китайские ученые планируют к 2040 году развернуть в районе Байкала нейтринный телескоп HUNT объемом до 30 куб. км.
Сейчас в озере работает глубоководный нейтринный телескоп Baikal-GVD. Это система из размещенных под водой оптических модулей, общее число которых в 2026 году приблизилось к 4900. Эффективный объем установки достиг около 0,8 куб. км
Глубоководный нейтринный телескоп Baikal-GV
— Если говорить о байкальской нейтринной программе в целом, она появилась раньше IceCube. Это международная коллаборация, в которой Россия играет основную роль, но участвуют и другие страны. Идея проекта появилась еще в первой половине 1980-х годов. Однако его реализация сильно затормозилась из-за распада Советского Союза и последующих событий. Обсерватория начала полноценно функционировать примерно с 2018 года — без малого на десятилетие позже, чем IceCube. Тем не менее байкальский нейтринный телескоп также зарегистрировал большое количество нейтрино, — отметил ведущий научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Дмитрий Карловец.
Важно понимать, что советские ученые были одними из пионеров практического развития нейтринной астрономии, добавил исследователь. Нейтринную физику в Советском Союзе активно развивали с 1950-х годов. Одним из важных событий стало создание Объединенного института ядерных исследований в Дубне и работа там итальянского физика Бруно Понтекорво. Он был одним из пионеров физики нейтрино и внес значительный вклад в развитие этого направления.
— На самом деле с IceCube всё сложно. Изначально идею регистрации нейтрино в глубоких природных водоемах предложил советский физик-теоретик Моисей Марков в 1960-х годах. А в 1980-х годах начали создавать прототип Baikal-GVD. Более того, даже в Википедии написано, что Френсис Хальцен знал об экспериментах советских и российских ученых в Антарктике по регистрации нейтрино. Справедливо было бы поощрить Нобелевской премией коллаборацию ученых, а не одного исследователя, — сообщила старший научный сотрудник МФТИ Евгения Кравченко.
Как рассказал автор Telegram-канала NeutrinoHit, заместитель директора Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований Дмитрий Наумов, в 1990-е годы Байкал был кузницей кадров мировой нейтринной астрономии. Достаточно вспомнить немецкого физика-экспериментатора Кристиана Шпиринга — ключевую фигуру в истории нейтринной астрономии. Он участвовал в создании и российского нейтринного телескопа и параллельно включился в американский проект AMANDA (Antarctic Muon And Neutrino Detector Array) — предшественника IceCube.
По словам ученого, среди значимых результатов проекта Baikal-GVD можно назвать регистрацию избытка нейтрино с энергиями выше 200 ТэВ с направлений вблизи плоскости нашей галактики. Это значит, что в ней, по-видимому, есть мощный источник этих частиц.
Также в России развивают детекторы нового поколения, рассказала директор департамента по квантовым технологиям Госкорпорации «Росатом» Марина Авилова. В частности, в программе по развитию квантовых сенсоров, которая стартовала в этом году, один из проектов первой очереди — создание термометров на основе сверхпроводящих тоннельных наноструктур. В числе задач, которые помогут решить эти устройства, высокоточные детектирование нейтрино и поиск темной материи.
