Nobel Vật lý 2026 vinh danh người 'săn' neutrino ở Nam Cực

Giáo sư Francis Halzen được trao Nobel Vật lý 2026. Ảnh: Nobel Prize.

Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển ngày 6/10 công bố trao Nobel Vật lý 2026 cho Giáo sư Francis Halzen, thuộc Đại học Wisconsin-Madison (Mỹ) "vì những đóng góp mang tính quyết định cho Đài quan sát neutrino IceCube và việc phát hiện ra các neutrino năng lượng cao có nguồn gốc vật lý thiên văn".

“Francis Halzen đã dẫn dắt một nhóm quốc tế gồm các nhà nghiên cứu và kỹ sư tạo ra một công cụ tuyệt vời. Sự kiên trì và tầm nhìn khoa học của ông đã mở đường cho một loại hình thiên văn học mới”, Mark Pearce, Chủ tịch Ủy ban Nobel Vật lý, nhận xét.

Sinh năm 1944 tại Tienen (Bỉ), Giáo sư Halzen đã dành nhiều thập kỷ theo đuổi một ý tưởng táo bạo: Biến lớp băng khổng lồ ở Nam Cực thành một thiết bị dò những hạt gần như vô hình đang xuyên qua Trái Đất.

Bắt hạt gần như vô hình giữa băng Nam Cực

Neutrino xuất hiện khắp vũ trụ nhưng gần như không tương tác với vật chất. Hàng nghìn tỷ neutrino liên tục đi xuyên qua cơ thể con người và Trái Đất mà chúng ta không nhận biết được.

Chỉ trong những trường hợp cực kỳ hiếm, một neutrino va chạm với hạt nhân nguyên tử. Khi đó, vụ va chạm có thể tạo ra một tia sáng rất yếu. Nếu được đặt trong môi trường phù hợp với các cảm biến đủ nhạy, tín hiệu này có thể được phát hiện và truy vết.

Giáo sư Halzen nhận ra băng Nam Cực có thể trở thành môi trường lý tưởng cho mục đích đó. Năm 1988, ông lần đầu trình bày ý tưởng xây dựng một hệ thống phát hiện neutrino tại đây.

Đài quan sát trong băng. Ảnh: Nobel Prize.

Khi neutrino va chạm với hạt nhân trong băng, nó có thể tạo ra một tia sáng mà các cảm biến được đặt sâu trong lớp băng trong suốt có thể ghi nhận. Nam Cực có lợi thế vì môi trường băng ít chịu ảnh hưởng của nhiều dạng nhiễu, đồng thời khu vực này tương đối ổn định về địa chất.

Ý tưởng của Giáo sư Halzen nhanh chóng nhận được sự ủng hộ của các nhà khoa học khác. Những thử nghiệm đầu tiên với các cảm biến được đặt trong băng được tiến hành chỉ vài năm sau đó.

Nhưng để bắt được đủ neutrino năng lượng cao, các nhà khoa học cần một “mục tiêu” khổng lồ. Những hạt này rất hiếm, vì vậy càng quan sát được nhiều băng, cơ hội ghi nhận một vụ va chạm càng lớn.

Đó là lý do IceCube được xây dựng với quy mô đặc biệt: cả một khối băng có thể tích khoảng 1 km3, được trang bị hệ thống cảm biến ánh sáng.

Công trình hoàn thành vào năm 2011. Không lâu sau, các nhà nghiên cứu phát hiện những neutrino năng lượng cao đầu tiên. Vài năm tiếp theo, họ công bố bằng chứng về các neutrino có nguồn gốc nằm rất xa bên ngoài Hệ Mặt Trời.

Từ đây, một hướng nghiên cứu mới bắt đầu: truy tìm những nơi trong vũ trụ có khả năng tạo ra các hạt mang năng lượng cực lớn.

Neutrino mở thêm “cửa sổ” nhìn vào vũ trụ

Các nhà khoa học từ lâu biết rằng vũ trụ tồn tại những “máy gia tốc hạt” tự nhiên có thể tạo ra các hạt với năng lượng cao gấp hàng triệu lần mức con người có thể đạt được trong phòng thí nghiệm trên Trái Đất.

Tuy nhiên, nguồn gốc của những hạt này vẫn là một trong những câu hỏi lớn của vật lý thiên văn. Chúng được tạo ra ở đâu? Quá trình nào khiến chúng đạt mức năng lượng khổng lồ như vậy?

Neutrino năng lượng cực cao có thể giúp trả lời những câu hỏi đó.

Công trình của Giáo sư Francis Halzen với IceCube giúp giới khoa học phát hiện neutrino năng lượng cao từ ngoài Hệ Mặt Trời, cung cấp manh mối về những vùng dữ dội nhất vũ trụ.

Không giống nhiều loại hạt khác, neutrino có thể di chuyển qua không gian mà gần như không bị lệch hướng hay mất năng lượng. Điều này cho phép các nhà khoa học lần theo dấu vết của chúng để tìm hiểu những môi trường cực kỳ dữ dội đã tạo ra chúng.

Nhờ IceCube, các nhà nghiên cứu có thêm một cách tiếp cận để quan sát những hiện tượng vũ trụ mà các phương pháp khác khó tiếp cận.

Dữ liệu về các tương tác của neutrino được IceCube liên tục thu thập có thể giúp giới khoa học hiểu rõ hơn những môi trường khắc nghiệt nơi các neutrino năng lượng cao được tạo ra, đồng thời có khả năng hé lộ những hiện tượng vũ trụ chưa từng được biết đến.