Kungliga Vetenskapsakademien har beslutat att årets Nobelpris i fysik tilldelas Francis Halzen, professor vid University of Wisconsin–Madison. Han belönas för sin insikt att isen vid Sydpolen kan användas för att spåra neutriner – de extremt svårfångade partiklar som kan öppna ett nytt fönster mot universum. Enligt akademien har hans arbete lagt grunden för en helt ny typ av astronomi.
Resultatet av insikten är IceCube Neutrino Observatory, som stod klart 2011. Anläggningen består av en kubikkilometer naturlig is, utrustad med omkring 5 000 ljussensorer som sänkts ned i djupa borrhål. Sensorerna är placerade på mellan 1 400 och 2 400 meters djup i den antarktiska isen. Redan efter ett par år kunde forskarna bakom projektet registrera de första högenergetiska neutrinerna från rymden.
Att bygga observatoriet var en vågad satsning. Framför allt fanns en osäkerhet om detektorn över huvud taget skulle bli tillräckligt stor för att fånga de sällsynta partiklarna. ”Vi visste inte om det var tillräckligt stort. Vi hade inte en aning”, sade Halzen under presskonferensen där priset presenterades.
Neutriner beskrivs ofta som universums skyggaste partiklar. De saknar elektrisk laddning, har en mycket liten massa och växelverkar nästan inte med den materia de passerar. Mark Pearce, ordförande i Nobelkommittén för fysik, demonstrerade svårigheten genom att hålla upp handen: ”Varje sekund passerar fler än en miljard neutriner genom min hand.”
De neutriner som kommer från solen har låg energi. De högenergetiska neutriner som Halzen fokuserat på är betydligt ovanligare och kommer från yttre rymden. Forskare tror att de skapas i några av de mest våldsamma processer som finns, exempelvis supernovor, aktiva galaxkärnor eller svarta hål. När en sådan neutrino kolliderar med en atomkärna i isen bildas laddade partiklar som sänder ut ett blåaktigt sken, så kallat Tjerenkovljus. Ljussensorerna registrerar skenet, och forskarna kan på så sätt härleda neutrinons riktning och energi.
Neutrinons förmåga att tränga igenom nästan allt gör den unik som informationsbärare. Den kan färdas rakt genom täta regioner där ljus och annan strålning stoppas. Därför kan neutrinodetektering avslöja processer som är omöjliga att se med konventionella teleskop. Enligt Vetenskapsakademien kommer de neutrinospår som IceCube samlar in att ge kunskap om ”de våldsamma omgivningar där neutriner med hög energi kan uppstå”.
Forskningen är också en del av det som kallas multimessenger-astronomi. Genom att kombinera neutrinoobservationer med ljus, röntgenstrålning och gravitationsvågor kan astronomer få en mer komplett bild av kosmiska händelser. Neutrinodetektorer som IceCube har därmed blivit en central del av den moderna astropartikelfysiken, och flera nya projekt är på gång. I Medelhavet byggs till exempel KM3NeT, som ska komplettera IceCube med observationer från norra halvklotet.
Halzen ser stora möjligheter med den nya astronomin. ”När man ser tillbaka på tidigare tillfällen då nya fönster öppnats mot universum så har det alltid lett till oväntade upptäckter. Jag är övertygad om att detsamma kommer att gälla neutrinerna”, sade han. Han underströk samtidigt att priset inte är ett verk av en enskild forskare: ”Det bygger på hårt arbete från tusentals modiga och duktiga människor.”
Francis Halzen föddes 1944 i Tienen i Belgien. Han disputerade 1969 vid Katolska universitetet i Leuven och är sedan många år verksam vid University of Wisconsin–Madison i USA. IceCube ligger vid forskningsstationen Amundsen–Scott på Sydpolen, där den klara, djupa isen fungerar som en naturlig detektormassa. Genom att använda isen i stället för att bygga en konventionell partikeldetektor kunde forskarna skapa en oerhört stor anläggning till en betydligt lägre kostnad.
Årets prissumma är på 12 miljoner svenska kronor.
