Эксперт КБГУ Альберт Гонгапшев: что стоит за Нобелевской премией по физике 2026 года

Фрэнсис Хальцен — нобелевский лауреат по физике 2026 года, получивший премию за развитие обсерватории IceCube и открытие высокоэнергетических нейтрино астрофизического происхождения.

Мы обсудили награждение и его значение для мировой науки с кандидатом физико-математических наук, заведующим совместной лаборатории Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х. М. Бербекова и Института ядерных исследований РАН «Астрофизика и физика космических лучей», заместителем заведующего по научной работе БНО ИЯИ РАН Альбертом Гонгапшевым.

— В чем заключается новаторство Фрэнсиса Хальцена?

— Впервые идею использовать большие естественные объемы прозрачной среды предложил советский физик-теоретик Моисей Марков в 1960 году на международной конференции по физике высоких энергий в Рочестере. При взаимодействии нейтрино с веществом рождаются заряженные частицы, движущиеся в среде быстрее света — возникает черенковское излучение, которое ловят фотодетекторы. Этот принцип лежит в основе крупных нейтринных обсерваторий: IceCube, Baikal-GVD, KM3NeT и ANTARES, функционировавшей до 2022 года.

Можно сказать, что Марков заложил теоретический фундамент, а Хальцен и его коллеги превратили задумку в работающий инструмент для изучения Вселенной. В 1988 году бельгиец предложил и реализовал концепцию нейтринной обсерватории в толще антарктического льда. Нобелевский комитет отметил: Хальцен «открыл дорогу новому виду астрономии» — нейтринной, которая дает информацию о самых экстремальных процессах во Вселенной, недоступную другими методами.

— Кстати, похожий подход реализовали и в России.

— Да, нейтринный телескоп Baikal-GVD размещен в водах озера Байкал. Отмечу, что первым таким устройством стал НТ-200, созданный в ИЯИ РАН на озере Байкал. Его начали разрабатывать в 1980-х, развертывать в 1993 году, и уже в середине 1990-х он регистрировал первые нейтринные события. НТ-200 — прямой предшественник нынешнего Baikal-GVD, и именно эти 40-летние разработки ИЯИ РАН заложили основу для его создания.

— Почему ученые выбрали для детектора ледяную среду и что это говорит о физике нейтрино?

— Первым нейтринным телескопом во льду был AMANDA — Antarctic Muon And Neutrino Detector Array. Его строительство в Антарктиде началось в 1996 году, и AMANDA стала прототипом обсерватории Хальцена.

IceCube — это кубический километр льда с тысячами оптических датчиков. В регионе низкая геологическая  активность, а лед в Антарктиде отличается относительно низкой подвижностью, большой толщиной, низкой радиоактивностью и прозрачностью на глубине — свет от вспышек проходит достаточно далеко, чтобы его зафиксировали датчики.

Эти условия позволили создать детектор нейтрино километрового масштаба на такой глубине, что над верхними оптическими модулями находится 1450 м льда. Общая толщина льда  — 2450 м, он становится защитой от космических лучей. Именно такое решение позволило перейти от отдельных экспериментов к систематическому поиску высокоэнергетических нейтрино астрофизического происхождения.

— Как удается детектировать нейтрино? Что видят ученые в момент, когда частица все-таки задевает лед?

— Нейтрино крайне слабо взаимодействуют с веществом, поэтому столкновения с атомными ядрами во льду случаются редко. Когда это  происходит, может родиться заряженная частица, например мюон. Двигаясь сквозь лед быстрее скорости света в этой среде, она вызывает черенковское излучение — слабую голубую вспышку. Датчики IceCube улавливают этот свет. Анализируя сигналы с оптических модулей, ученые восстанавливают траекторию, энергию и направление прихода исходной частицы. Чтобы отделить сигналы нейтрино от фоновых, они «смотрят» в противоположную область «через» Землю — с юга на север, с севера на юг. Поскольку только нейтрино могут пролететь через всю планету и случайно провзаимодействовать с водой или льдом нейтринного детектора либо вблизи него.

— Исследования нейтрино на Южном полюсе идут с 2010 года. Почему Нобелевский комитет вручил награду именно сейчас?

— Премию вручили не за сам факт строительства, а за конкретные научные результаты, которые стали возможны благодаря созданной установке. Команда IceCube объявила о первых убедительных свидетельствах в 2013 году. Ученые зафиксировали 28 событий, которые нельзя было объяснить только атмосферными нейтрино — это были частицы из космоса. В 2017 году направление прилета нейтрино совпало с положением блазара TXS 0506+056 — это стало первым случаем, когда удалось отождествить конкретный астрофизический источник нейтрино высоких энергий. То есть Нобелевская премия стала признанием того, что инструмент сработал и позволил сделать шаг к новой астрономии.

— Данные из разных обсерваторий конкурируют или дополняют друг друга?

— Они дополняют друг друга: расположенные в разных полушариях и разных средах, они обеспечивают полный обзор неба. IceCube регистрирует частицы, приходящие из северного полушария, а Baikal-GVD — из южного, включая центр Галактики. Их объединение в рамках глобальной нейтринной сети (Global Neutrino Network) позволяет перекрестно проверять результаты и создавать фактически единый детектор с равномерным покрытием.

Благодаря зоне совместного обзора они почти одновременно зарегистрировали нейтрино от одного источника — блазара TXS 0506+056, что дало возможность точнее локализовать источник и повысить достоверность открытия.

— Какое место в этом процессе занимает Баксанская нейтринная обсерватория ИЯИ РАН?

— Роль Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН скорее в другом: она не входит в ту же глобальную сеть, что IceCube и Baikal-GVD, но исторически важна для развития нейтринной физики. Ее фокус шире — изучение солнечных нейтрино, поиск редких процессов, исследование космических лучей. При этом Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп регистрирует частицы с меньшими энергиями, которые не «видны» на IceCube и Baikal-GVD, а Галлий-Германиевый нейтринный телескоп предназначен для наблюдения нейтрино от Солнца.

При этом БНО ИЯИ РАН выступает независимым наблюдателем тех же

процессов во Вселенной в другом энергетическом канале, что усиливает

достоверность отождествления источника. Показательным примером наблюдения в многоканальной астрономии стало событие от блазара PKS

0735+17 в декабре 2021 года. Баксанский подземный сцинтилляционный

телескоп ИЯИ РАН независимо зарегистрировал кандидатное нейтринное

событие в ГэВ-диапазоне, совпавшее по времени со вспышкой в гамма-

диапазоне, зарегистрированной орбитальным телескопом Fermi LAT и

предшествовавшей высокоэнергичным нейтринным событиям от IceCube (172 ТэВ), Baikal-GVD (43 ТэВ) и KM3NeT (18 ТэВ).

— О каких трендах в науке говорит присуждение премии Фрэнсису Хальцену?

— Решение Нобелевского комитета отражает несколько важных тенденций в современной науке. Во-первых, развитие многоканальной астрономии. Ученые стремятся получать информацию об одних и тех же объектах по разным «каналам», чтобы составить более полную картину. Второй тренд — это масштабные международные коллаборации. Передовые исследования в области физики элементарных частиц и астрофизики все больше зависят от крупных инфраструктурных проектов — IceCube объединяет около 450 исследователей из 14 стран.

Наконец, премия отмечает стремление понять природу самых экстремальных процессов во Вселенной: откуда берутся частицы сверхвысоких энергий, что происходит в активных ядрах галактик и как устроена Вселенная на самых больших масштабах.