Нобелевскую премию по физике присудили за открытие нейтрино: почему это важно

Нобелевскую премию по физике присудили за открытие нейтрино: почему это важно

В этом году «Нобель» по физике достался только одному ученому

Во вторник, 6 октября, Королевская шведская академия наук назвала имя лауреата Нобелевской премии по физике. В этом году награду присудили 82-летнему Фрэнсису Хальзену “за решающий вклад в нейтринную обсерваторию IceCube и открытие нейтрино высоких энергий астрофизической природы”.

Уроженец Бельгии Фрэнсис Хальзен понял, что лед на Южном полюсе может быть использован для отслеживания частиц, известных как нейтрино. Его видение и научное лидерство стали основой для создания нейтринной обсерватории IceCube – кубического километра льда, оснащенного датчиками освещенности. Используя IceCube, исследователи могут улавливать нейтрино, возникающие в результате чрезвычайно энергоемких процессов в отдаленной Вселенной. Нейтрино есть повсюду, но они не дают о себе знать. Они проходят через Землю и наши тела, а мы этого не замечаем. Очень редко одно нейтрино взаимодействует с целым атомное ядро, которое позволяет человеку с соответствующим оборудованием обнаружить их.

Ученым давно известно, что в космосе есть естественные ускорители частиц, которые выбрасывают частицы с энергией, в миллион раз превышающей ту, которая может быть достигнута в лабораториях на Земле. Многое в этих источниках остается загадочным: что это такое, где они находятся и каковы основные процессы внутри них?

Нейтрино с чрезвычайно высокими энергиями образуются в тех же средах, что и другие типы частиц. Однако, в отличие от других частиц, нейтрино достигают нас не меняя направления и не теряя энергии. Это означает, что они могут предоставлять информацию, недоступную никаким другим способом.

Фрэнсис Хальзен впервые представил свое видение улавливания нейтрино на Южном полюсе в 1988 году. Когда нейтрино сталкивается с атомным ядром, оно производит вспышку света, которую можно отследить с помощью датчиков в прозрачном ледяном покрове. Лед на Южном полюсе обладает многими преимуществами, поскольку он свободен от различного рода помех, а район геологически стабилен, в нем не бывает землетрясений. Хальзен и его идея вскоре получили поддержку других исследователей, а всего через несколько лет были проведены предварительные испытания датчиков, встроенных в лед.

Космические нейтрино с чрезвычайно высокими энергиями встречаются очень редко, поэтому для наблюдения достаточного количества столкновений необходим огромный объем льда. Объем IceCube составляет целый кубический километр, и его строительство было завершено в 2011 году. Вскоре исследователи обнаружили первые нейтрино высоких энергий, а несколько лет спустя смогли опубликовать результаты своего открытия нейтрино, которые должны происходить далеко за пределами нашей Солнечной системы. Поиск источников нейтрино во Вселенной может начаться всерьез.

“Фрэнсис Хальцен возглавляет международную команду исследователей. исследователи и инженеры, которые снабдили нас фантастическим инструментом. Его упорство и научное видение проложили путь к новому виду астрономии”, — говорит Марк Пирс, председатель Нобелевского комитета по физике.

Взаимодействия нейтрино, которые IceCube постоянно собирает, позволят исследователям получить новые знания о экстремальных условиях, в которых могут создаваться нейтрино высокой энергии, и даже могут выявить ранее неизвестные космические явления.

Как это ведется, в преддверии нобелевской недели различные эксперты давали прогнозы насчет «нобелевцев» по физике за 2026 год.

В частности, одним из направлений, упоминаемых на протяжении многих лет как заслуживающее внимания Королевской шведской академии наук, являются исследования в области метаматериалов профессором Джоном Пендри из Англии и американским ученым Дэвидом Смитом. Профессор Джон Пендри известен своей идеей создания «невидимых покрытий», в которых свет и электромагнитные волны направляются вокруг объекта, что затрудняет его обнаружение. По словам экспертов, цитируемых AFP, эта область значительно развилась с момента своих первых открытий около 20 лет назад.

Другой возможностью называли работу в области «твистроники», которая изучает, как слои графена вращаются под определенным углом, что может привести к возникновению сверхпроводимости. В этом направлении исследований упоминались ученые Пабло Харилло-Эрреро из Испании, Рафи Бистрицер из Израиля и Аллан Макдональд из Канады. В 2020 году эта троица получила премию Вольфа по физике.

В области физики элементарных частиц группы ATHENA и ALPHA в ЦЕРНЕ также упоминаются за их исследования антивещества. Эти группы когда-то создавали и удерживали атомы антиводорода при очень низких температурах, тем самым помогая ученым понять свойства антивещества.

В список прогнозов также вошли исследования в области сверхвысоких характеристик OLED-дисплеев, мультимагнитных материалов, аномальных квантовых эффектов Холла и вейвлет-теории, которые находят применение в сжатии изображений и видео.

Эксперты также упомянули работы по астрономии и формированию галактик, в том числе исследования, связанные с космическим телескопом Джеймса Уэбба.

Однако вышеприведенные имена фигурируют только в прогнозах перед объявлением, а не в официальном списке кандидатов. Непосредственно перед объявлением только члены Нобелевского комитета по физике и Класс физики Шведской королевской академии наук знают, кто станет нобелевскими лауреатами. Данные на сей счет могут быть раскрыты только через полсотни лет.

Процесс номинирования и отбора кандидатов начинается с того, что комитет по физике рассылает конфиденциальные формы компетентным персонам. Правом подачи предложений о присуждении награды по физике пользуются: члены Шведской королевской академии наук (как шведские, так и зарубежные). Помимо них – члены Нобелевского комитета по физике; лауреаты Нобелевской премии по физике; профессора физических наук в университетах и ​​технологических институтах скандинавских стран, а также Каролинского института в Стокгольме и пр.

За отбор лауреатов отвечает Шведская королевская академия наук, назначающая рабочий орган (Нобелевский комитет по физике), который, в свой черед, проверяет номинации и готовит предложения для определения окончательных кандидатов.

Всего с 1901 по 2025 год Нобелевская премия по физике присуждалась 119 раз, причем только в 47 случаях награда доставалась единственному лауреату (как это произошло и сейчас), в остальных же случаях ее делили между несколькими учеными. Таким образом, за прошедшие годы премию получили 230 человек, в их числе и американец Джон Бардин, ставший единственным дважды лауреатом «Нобеля» по физике (сначала он получил эту премию в 1956 году вместе с Уильямом Брэдфордом Шокли и Уолтером Браттейном , а потом – уже в 1972 г. наряду с Леоном Нилом Купером и Джоном Робертом Шриффером).

В прошлом году «нобелевка» досталась трем ученым из Калифорнии Джону Кларку, Мишелю Деворе, Джону Мартинису “за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи”.

Лауреатами премии по физике по состоянию на 2025 год стали лишь пять женщин. Последней награжденной женщиной стала в 2023 году Анна Л’Юилье. До нее премии по физике удостоились Мари Кюри (она же получила еще и премию по химии в 1911 году), Мария Гёпперт-Майер («за открытия, касающиеся оболочечной структуры ядра»), Донна Стрикленд из Канады, награжденная за «поворотные изобретения в сфере лазерной физики», а также Андреа Гец в 2020 году.

Самым молодым лауреатом в этой номинации считается австралиец Лоуренс Брэгг, получивший премию в 1915 году в возрасте 25 лет вместе со своим отцом Уильямом Генри Брэггом за заслуги в исследовании кристаллов с помощью рентгеновских лучей. А самым пожилым из «нобелевцев» по физике в 2018 году стал 96-летний Артур Эшкин.