Polskie fizyczki z NCBJ tłumaczą noblowski IceCube: jak lód Antarktydy łapie neutrina

We wtorek 6 października w Sztokholmie ogłoszono laureata Nagrody Nobla z fizyki 2026. Został nim Francis Halzen, belgijski fizyk pracujący na University of Wisconsin-Madison w USA. Komitet Noblowski docenił go za „kluczowy wkład w powstanie detektora IceCube Neutrino Observatory i odkrycie neutrin wysokich energii pochodzenia astrofizycznego".

Ten tekst opiera się na depeszy PAP, w której wypowiedziały się dwie badaczki z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ): dr hab. Justyna Łagoda z Zakładu Fizyki Wielkich Energii oraz prof. dr hab. Ewa Rondio. Przeczytałem ją uważnie: nie przedstawia nowego wyniku naukowego, tylko wyjaśnia, na czym polega nagrodzony eksperyment i dlaczego jest ważny dla astrofizyki.

Jak działa detektor zanurzony w lodzie

Według dr hab. Łagody pomysł polega na tym, by w lodzie na Antarktydzie zatopić czujniki światła i obserwować sygnał produkowany przez cząstki poruszające się szybciej niż światło w lodzie. To tak zwane promieniowanie Czerenkowa. Niebieskie światło emitowane przez szybkie cząstki można zaobserwować także w reaktorach atomowych.

Na podstawie ilości tego światła można szacować energię cząstki. IceCube wykorzystuje kostkę lodu o objętości ok. jednego kilometra sześciennego. W lodzie wydrążono kanały, w które wpuszczono na linach czujniki światła. Dzięki nim badacze mogą stwierdzić, że przez lód przeszła cząstka o wysokiej energii, i ustalić, skąd nadleciała.

1. Neutrino: Cząstka bez ładunku wchodzi głęboko w lód Antarktydy
2. Światło: Porusza się szybciej niż światło w lodzie i emituje światło Czerenkowa
3. Czujniki: Na linach, ok. 2 km pod powierzchnią, rejestrują sygnał
4. Analiza: Ilość światła pozwala szacować energię, a sygnał - kierunek

Źródło: PAP / Nauka w Polsce, wypowiedzi badaczek z NCBJ

Dlaczego tylko neutrino

Dr hab. Łagoda zwróciła uwagę, że czujniki leżą na głębokości ok. 2 km pod powierzchnią, a tak głęboko w lód może wejść tylko neutrino. Nie ma ono ładunku elektrycznego, więc jego tor nie zakrzywia się w polu magnetycznym żadnych ciał niebieskich. Neutrino leci po linii prostej, dlatego z dobrym przybliżeniem można stwierdzić, skąd nadleciało.

Prof. Rondio dodała, że neutrina docierające do Ziemi pochodzą głównie ze Słońca. IceCube obserwuje jednak inne cząstki, o olbrzymich energiach. Jak powiedziała, głównym celem eksperymentu jest rejestrowanie wysokoenergetycznych neutrin i śledzenie ich źródeł na mapie nieba. Ich energia sięga 10¹⁸ elektronowoltów (eV), czyli jest dużo większa niż w największym akceleratorze na świecie, Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC).

Dlaczego Antarktyda

Według prof. Rondio obserwatorium umieszczono na Antarktydzie, bo tylko tam lód jest tak głęboki i czysty. Kostka lodu z czujnikami nie leży tuż pod powierzchnią, tylko głębiej, żeby ewentualne zanieczyszczenia bliżej powierzchni nie zaburzały sygnału.

Dr hab. Łagoda podkreśliła, że lód musi być całkowicie przezroczysty, bo tylko wtedy promieniowanie Czerenkowa przemieszcza się bez zakłóceń. Na dużej głębokości panuje takie ciśnienie, że nie ma w lodzie pęcherzyków powietrza, które występują płycej. Na podobnej zasadzie działają inne detektory, np. europejski teleskop neutrinowy KM3NeT (Cubic Kilometre Neutrino Telescope) na dnie Morza Śródziemnego.

Czego szukają badacze

Dr hab. Łagoda wyjaśniła, że takie cząstki mogą powstawać w odległych częściach kosmosu, na przykład w aktywnych jądrach galaktyk. Zaznaczyła jednocześnie, że mechanizm powstawania neutrin o tak wysokich energiach nie jest do końca znany. Dlatego w IceCube chodzi o to, by zmierzyć ich spektrum energetyczne, porównać je z różnymi modelami teoretycznymi i sprawdzić, który mechanizm pasuje najlepiej.

Polski akcent

Dr hab. Łagoda przypomniała, że prof. Halzen przedstawił pomysł detektora wykorzystującego lód Antarktydy na konferencji w Polsce w 1988 r. w Łodzi. Chodzi o 5th International Symposium on Very High Energy Cosmic Ray Interactions, jak wyjaśnia PAP. W zeszłym roku laureat odwiedził też Kraków, gdzie wygłosił referat o IceCube na warsztatach poświęconych wodnym detektorom czerenkowskim. Prof. Rondio zaznaczyła, że nagrodzone badania to wynik ponad 20-letniej pracy naukowców.

1. 1988Halzen przedstawia w Łodzi pomysł detektora w lodzie Antarktydy
2. 2025Referat o IceCube na warsztatach w Krakowie
3. 2026-10-06Ogłoszenie Nagrody Nobla z fizyki dla Halzena

1. 1988: Halzen przedstawia w Łodzi pomysł detektora w lodzie Antarktydy
2. 2025: Referat o IceCube na warsztatach w Krakowie
3. 2026-10-06: Ogłoszenie Nagrody Nobla z fizyki dla Halzena

Pytania i odpowiedzi

Za co Francis Halzen dostał Nobla z fizyki 2026?

Komitet Noblowski docenił go za „kluczowy wkład w powstanie detektora IceCube Neutrino Observatory i odkrycie neutrin wysokich energii pochodzenia astrofizycznego".

Czym jest IceCube?

To detektor wykorzystujący kostkę lodu o objętości ok. jednego kilometra sześciennego na Antarktydzie. W lodzie, na głębokości ok. 2 km, zamontowano czujniki światła, które rejestrują promieniowanie Czerenkowa wytwarzane przez cząstki.

Dlaczego IceCube wykrywa akurat neutrina?

Według dr hab. Justyny Łagody tylko neutrino może wejść tak głęboko w lód. Nie ma ładunku elektrycznego, więc leci po linii prostej i można z dobrym przybliżeniem ustalić, skąd nadleciało.

Skąd pochodzą neutrina o tak wysokich energiach?

Nie wiadomo tego do końca. Badaczki z NCBJ wskazują, że mogą powstawać w odległych częściach kosmosu, np. w aktywnych jądrach galaktyk, a eksperyment ma pomóc wybrać mechanizm, który najlepiej do nich pasuje.

Źródła

• Anna Bugajska (PAP), Badaczki z NCBJ: nagrodzony Noblem eksperyment pozwala śledzić cząstki z…, Nauka w Polsce, 2026-10-06

Widzisz błąd albo nieścisłość? Napisz - poprawię i dopiszę datę aktualizacji.