Riassunto:
Annunciato il Premio Nobel per la fisica 2026! Francis Halzen, fisico teorico di origine belga e professore all'Università del Wisconsin-Madison, detiene da solo l'intero trofeo del Premio Nobel. Il motivo del premio è stato il riconoscimento del suo "contributo decisivo all'Osservatorio dei neutrini IceCube e alla scoperta di neutrini ad alta energia da fonti astrofisiche". Il premio in denaro di 12 milioni di corone svedesi appartiene tutto a lui!
I fisici cinesi Xue Qikun e Ye Jun, che avevano vinto due premi Nobel prima della partita, questa volta non sono riusciti a vincere.
Questo premio viene assegnato per intero a un fisico teorico che un tempo era considerato da tutti un "pazzo".
L'ultima volta che il premio per la fisica è stato assegnato a una sola persona è stato nel 1992. C'è stato un intervallo di 34 anni.
Perché 38 anni fa ha proposto un'idea folle e incredibile:
Vai al Polo Sud, il luogo più freddo e disperato della terra, e perfora un intero chilometro cubo di ghiacciaio vecchio di diecimila anni, trasformandolo in un super telescopio che cattura le particelle misteriose nelle profondità dell'universo!
In seguito ha ricordato questo incidente passato e ha detto molto francamente: "Immagino che altri abbiano pensato alla stessa idea e poi si siano arresi. Se all'epoca non sapessi nulla delle proprietà ottiche del ghiaccio naturale, probabilmente anch'io mi arrenderei."
Oggi, questa idea non solo ha cambiato la dimensione dell'osservazione umana dell'universo, ma ha finalmente raggiunto la massima gloria della fisica.
Con questo "cubo di ghiaccio" sepolto in profondità sotto il ghiaccio, l'umanità ha confermato per la prima volta:
Ci sono neutrini ad alta energia che volano da molto al di fuori del sistema solare!
La cosa ancora più interessante è che due anni fa il Premio Nobel per la fisica è stato assegnato a Hopfield e Hinton, che gettarono le basi per l'apprendimento automatico.
E una delle scoperte più accattivanti di questo telescopio sotto il ghiaccio, l'immagine dei neutrini della nostra Via Lattea, è stata ricavata da enormi quantità di dati utilizzando l'apprendimento automatico.
Il "fantasma" nell'universo: i neutrini
Innanzitutto dobbiamo conoscere il protagonista di oggi: il neutrino.
Illustrazione ufficiale del Premio Nobel: i neutrini volano in linea retta e penetrano nel ghiaccio antartico
Non ha carica elettrica, ha massa quasi nulla e difficilmente interagisce con la materia. Conosciuto come il "fantasma cosmico". In questo momento, circa 65 miliardi di neutrini provenienti dal Sole passano attraverso le nostre unghie.
Perché gli scienziati devono cercarlo? Perché i neutrini sono i "messaggeri" più perfetti nell'universo.
A differenza della luce e dei raggi cosmici, non viene influenzato dai campi magnetici e viaggia in linea assolutamente retta; allo stesso tempo, ha un potere penetrante estremamente forte e non verrà bloccato da nuvole di polvere o radiazioni.
Anche ai margini di un buco nero supermassiccio nelle profondità dell'universo, finché vengono prodotti neutrini ad alta energia, possono volare in linea retta attraverso centinaia di milioni di anni luce, "esprimendo" alla terra informazioni originali sugli eventi estremi nell'universo.
Se gli esseri umani riuscissero a catturare questi neutrini ad alta energia, ciò equivarrebbe ad avere un paio di "occhi trasparenti" in grado di vedere attraverso l'universo, consentendo agli esseri umani di eseguire "scansioni CT" dell'universo.
I raggi cosmici vengono deviati dal campo magnetico, i raggi gamma vengono bloccati dalla polvere e i neutrini volano verso la terra in linea retta
Un'idea estremamente folle: andare in Antartide per tagliare il ghiaccio!
Il problema è che è difficilissimo da catturare.
La stragrande maggioranza dei neutrini passa direttamente attraverso il rilevatore. Se il numero di neutrini è abbastanza grande e il bersaglio (mezzo di rivelazione) che prepariamo è abbastanza spesso e numeroso, ci saranno sempre alcuni neutrini che "colpiranno" il nucleo bersaglio.
Per avere un numero sufficiente di collisioni come questa, il rilevatore dovrebbe essere ridicolmente grande.
Quando i neutrini ad alta energia si scontrano violentemente in un mezzo, vengono prodotte particelle cariche (come i muoni).
La velocità di queste particelle cariche che viaggiano attraverso il mezzo supererà la velocità di propagazione della luce nel mezzo, producendo così un fenomeno ottico simile al "boom sonico" - la radiazione Cherenkov, che emette una debole luce blu.
Finché posizioniamo sensori ottici abbastanza sensibili in un ambiente estremamente buio per catturare queste luci blu, possiamo dedurre la direzione in cui volano i neutrini.
All'inizio, gli scienziati volevano utilizzare l'acqua di mare come mezzo. Ma la bioluminescenza delle profondità marine (come quella delle meduse) e i materiali radioattivi naturali possono produrre molto rumore.
In questo momento apparve Francis Halzen.
Francis Halzen, 82 anni quest'anno
Negli anni '80, mentre studiava i raggi cosmici, apprese la notizia che gli scienziati sovietici stavano progettando di utilizzare ricevitori radio per catturare segnali di neutrini in Antartide.
Un'ispirazione meravigliosa balenò improvvisamente nella mente di Halzen: perché andiamo al mare? Perché non usare semplicemente il ghiaccio antartico?
La calotta glaciale antartica presenta vantaggi unici:
Abbastanza grande
: Esistono infiniti strati di ghiaccio naturale, che soddisfano pienamente le esigenze di costruzione di super rilevatori.Abbastanza scuro e abbastanza puro
: C'è un'oscurità assoluta nelle profondità del ghiaccio, senza creature luminose e senza interferenze da parte di complesse correnti oceaniche.Stabilità assoluta dello stato solido
: Congela i sensori nel ghiaccio e rimarranno assolutamente immobili per sempre, il che è fondamentale per calcolare accuratamente le traiettorie delle particelle.Nel 1988, Halzen e il suo collega John G. Learned proposero formalmente l'idea di costruire un osservatorio di neutrini sotto il ghiaccio antartico.
All'inizio l'idea sembrava fantascienza. Ma Harzen fece pressioni ovunque e alla fine mise insieme una squadra e diede inizio agli anni di “appaltatore polare” più duri della storia umana.
Un chilometro cubo di "Ice Cube" e lampadina di retromarcia
Costruire un osservatorio in Antartide non è affatto semplice come montare una tenda.
Nel 1993, il team di Halzen ha avviato un tentativo preliminare in Antartide (progetto AMANDA).
All'inizio incontrarono enormi ostacoli: il ghiaccio poco profondo era pieno di bolle e la luce non poteva trasmettersi affatto. Ma non si sono arresi, e i glaciologi hanno sottolineato che più scavavano in profondità, l’intensa pressione avrebbe schiacciato le bolle nel reticolo cristallino del ghiaccio.
Infatti, quando perforarono al di sotto dei 1.400 metri, accadde un miracolo: il ghiaccio qui era estremamente puro e trasparente. Il lampo blu prodotto dalla collisione dei neutrini può penetrare centinaia di metri di ghiaccio senza alcun ostacolo!
Con il sostegno della National Science Foundation (NSF), la costruzione di IceCube è stata ufficialmente avviata nel 2004. È un capolavoro dell'ingegneria.
Gli ingegneri hanno utilizzato trivelle ad acqua calda ad alta pressione per sciogliere pozzi verticali a più di due chilometri di profondità nella calotta glaciale antartica estremamente fredda.
Ogni volta che viene perforato un pozzo, devono correre contro il tempo per affondare un cavo extra lungo pieno di sensori ottici avanzati sul fondo del pozzo prima che l'acqua congeli nuovamente.
Hanno posato un totale di 86 cavi di questo tipo; appesi ai cavi c'erano ben 5.160 sensori sferici.
Harzen una volta descrisse scherzosamente questi sensori come "lampadine che funzionano al contrario": questi sensori catturano fotoni deboli, li convertono in segnali elettrici e li ritrasmettono alla superficie.
I cavi sono disposti in un'enorme schiera esagonale, che copre il ghiaccio a una profondità compresa tra 1.450 e 2.450 metri. In questo modo, gli scienziati hanno circondato un intero pezzo di ghiaccio puro con un volume di un chilometro cubo e un peso di un miliardo di tonnellate all'interno della calotta glaciale antartica. Questo è il "cubetto di ghiaccio".
Nel 2011, con l'ultimo cavo in posizione, è stato ufficialmente completato il più grande "telescopio" della terra.
Nel laboratorio Ice Cube al Polo Sud, i segnali provenienti da sotto il ghiaccio vengono raccolti qui e poi trasmessi tramite satelliti
Non guarda il cielo stellato, ma è sepolto nelle profondità del sottosuolo; non raccoglie la luce visibile, ma ascolta giorno e notte le orme dei fantasmi cosmici.
Diagramma del cubo di ghiaccio: i neutrini colpiscono i nuclei atomici nel ghiaccio e il lampo di luce viene registrato da una serie di sensori
Su 100 milioni di falsi segnali ogni giorno, 100 sono veri
Costruire un telescopio è solo l'inizio. La vera difficoltà è identificare i neutrini cosmici dai dati.
I raggi cosmici penetrano nell'atmosfera sopra l'Antartide e ogni giorno più di 100 milioni di particelle penetrano nel ghiaccio e vengono registrate dai sensori.
I neuttrini vengono generati anche nell'atmosfera. IceCube registra circa 100.000 neutrini ogni anno, la maggior parte dei quali sono prodotti nell'atmosfera terrestre.
Secondo le aspettative teoriche, sono solo circa 100 all'anno quelli che provengono realmente dalle profondità dell'universo.
Nel 2013 è arrivata una svolta storica!
Nel 2013, il team ha cercato un tipo di neutrini con energia più elevata in due anni di dati e ha riscontrato due eventi con energie superiori a 1 PeV, vale a dire 1,04 PeV e 1,14 PeV. Questa è la prima scoperta confermata di neutrini astrofisici ad alta energia provenienti dall'esterno del sistema solare.
Questa caccia interstellare che dura da decenni è finalmente giunta a buon fine.
Adeguando il metodo di analisi lungo questi due eventi, il team ha trovato 28 neutrini cosmici ad alta energia nello stesso lotto di dati. Nel 2014 la significatività statistica ha raggiunto 5,7σ e sono state escluse spiegazioni relative a fonti puramente atmosferiche.
Il 22 settembre 2017, IceCube ha catturato un neutrino di circa 290TeV. Nel giro di un minuto fu inviato un avviso al mondo.
I telescopi di tutto il mondo si concentrarono immediatamente su quella coordinata e il risultato fu da far rizzare i capelli: c'era un blazar (TXS 0506+056) che stava esplodendo all'impazzata: una galassia attiva con un buco nero supermassiccio al centro!
Questa è la prima volta che gli esseri umani collegano i neutrini ad alta energia a un'esatta fonte cosmica.
Nel 2022, IceCube ha trovato 79 neutrini provenienti dalla direzione della galassia attiva NGC 1068. Il buco nero supermassiccio è avvolto da gas denso e polvere e i raggi gamma misurati sono molto deboli, ma escono neutrini.
Nel 2023, IceCube ha visto per la prima volta la nostra Via Lattea nei neutrini.
Ciò che ha fatto la differenza questa volta è stato il machine learning. I collaboratori di IceCube presso l'Università Tecnica di Dortmund in Germania hanno sviluppato un metodo di apprendimento automatico per individuare la "cascata" di eventi prodotti dagli impatti dei neutrini ricostruendone la direzione e l'energia.
Dopo aver utilizzato il nuovo metodo, sono stati conservati più di un ordine di grandezza di eventi di neutrini e la sensibilità della ricerca è stata aumentata fino a tre volte rispetto all'originale. Il team ha utilizzato circa 60.000 neutrini provenienti da 10 anni di dati per ricostruire l’aspetto della Via Lattea.
Halzen disse allora:
È interessante notare che, a differenza di qualsiasi lunghezza d'onda della luce, nei neutrini l'universo distante è più luminoso delle sorgenti vicine nella nostra galassia.
All'inizio di quest'anno, IceCube ha utilizzato 12 anni di dati per spingere il segnale della Via Lattea a 5,7σ. La Via Lattea è così diventata la prima sorgente di neutrini ad alta energia a superare la soglia di scoperta di 5σ.
Poco prima dell'annuncio di questo Premio Nobel nel 2026, il team di IceCube ha pubblicato un risultato di successo: hanno finalmente visto chiaramente il bagliore di neutrini ad alta energia emesso dalla stessa Via Lattea! Ciò significa che finalmente stiamo usando i neutrini come pennello per dipingere un nuovo sguardo alla Via Lattea.
Apri da solo una nuova era di "multi-messenger"
Ora, questo vecchio testardo, ossessionato fin dagli anni '80 dalla cattura dei fantasmi con il ghiaccio, ha finalmente inaugurato il suo momento di incoronazione.
Mark Pearce, presidente del Comitato del Premio Nobel per la fisica, ha commentato——
Il team internazionale guidato da Francis Halzen ci ha fornito uno strumento meraviglioso. La sua tenacia e la sua visione scientifica aprirono la strada a un tipo di astronomia completamente nuovo.
Sì, questa è l'alba dell'era dell'"astronomia multi-messaggero".
Oggi guardando il cielo stellato, non solo possiamo "vedere" con la luce e "sentire" con le onde gravitazionali, ma possiamo anche utilizzare i neutrini ad alta energia catturati da IceCube per "vedere attraverso" direttamente il nucleo oscuro più violento dell'universo.
Attualmente è in fase di progettazione "Ice Cube-Gen2", che è stato ampliato di otto volte.
Una rete globale di cattura dei neutrini si sta lentamente aprendo nel Mar Mediterraneo, nell'Oceano Pacifico e il progetto cinese "TRIDENT" nel Mar Cinese Meridionale.
In questo momento, i 65 miliardi di neutrini che passano attraverso le tue unghie hanno viaggiato attraverso il vuoto infinito, hanno attraversato le vicissitudini della vita e si sono precipitati direttamente sulla terra.
Nel punto più meridionale della terra, c'è un gruppo di romantici e folli terrestri, in un chilometro cubo di ghiaccio scuro e puro, con gli occhi spalancati, che aspettano solo questo scorcio mozzafiato che abbraccia centinaia di milioni di anni.
Questa potrebbe essere la storia d'amore più estrema dell'esplorazione umana dell'universo.
Rendiamo omaggio al vincitore del Premio Nobel per la fisica 2026, Francis Hartzen!
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