Nhà khoa học săn 'hạt ma' dưới 2.500m băng Nam Cực giành Giải Nobel Vật lý 2026

Ủy ban Nobel ngày 6/10 công bố Francis Halzen, 82 tuổi, giáo sư tại Đại học Wisconsin Madison (Mỹ), là chủ nhân giải thưởng năm nay nhờ vai trò tiên phong trong việc phát triển Đài quan sát Neutrino IceCube tại Nam Cực.

Công trình này tận dụng lớp băng tinh khiết ở Nam Cực để phát hiện neutrino năng lượng cao, những hạt hạ nguyên tử cực kỳ khó nắm bắt, thường được gọi là “hạt ma” vì có thể xuyên qua Trái Đất gần như không để lại dấu vết.

Neutrino chỉ tương tác với vật chất trong những trường hợp cực hiếm. Chính đặc tính này khiến chúng cực kỳ khó phát hiện, nhưng cũng biến neutrino thành nguồn thông tin đặc biệt giá trị.

Eva Olsson, đại diện Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, cho biết các hạt này mang thông tin từ những vùng xa xôi trong không gian, từ các thiên hà xa đến những vụ nổ sao và những hiện tượng dữ dội quanh lỗ đen, sao neutron.

Theo bà, neutrino có thể mở ra một “cánh cửa” mới để tìm hiểu các quá trình thiên văn mà ánh sáng thông thường không thể tiết lộ đầy đủ.

Biến 1km³ băng Nam Cực thành “kính thiên văn”

Ý tưởng của Halzen là sử dụng chính lớp băng trong suốt và cực kỳ tinh khiết ở Nam Cực như một phần của thiết bị dò.

IceCube về bản chất là một kính thiên văn không quan sát ánh sáng mà theo dõi neutrino. Hệ thống được bố trí trong khoảng 1km³ băng, kéo dài xuống độ sâu tới khoảng 2.500m gần Trạm Nam Cực Amundsen Scott.

Hơn 5.000 cảm biến được chôn sâu trong băng để chờ những tín hiệu ánh sáng cực nhỏ xuất hiện khi neutrino hiếm hoi va chạm với vật chất.

Thay vì thu ánh sáng như kính thiên văn thông thường, IceCube tìm kiếm dấu vết của neutrino. Từ hướng chuyển động của chúng, giới khoa học có thể truy tìm nguồn phát là các vụ nổ sao, vụ bùng phát tia gamma, hố đen, sao neutron hoặc những hiện tượng năng lượng cực lớn khác.

Trung bình hệ thống có thể phát hiện khoảng 1 neutrino năng lượng cao mỗi ngày.

Halzen lần đầu trình bày ý tưởng về việc săn neutrino ở Nam Cực vào năm 1988. Tuy nhiên, phải mất hơn 2 thập niên nghiên cứu, huy động nguồn lực và xây dựng, IceCube mới hoàn thành vào năm 2011.

Ông thừa nhận thời điểm bắt đầu dự án, rất ít người tin nó thực sự hoạt động, kể cả chính ông.

“Mở một cửa sổ mới nhìn vào vũ trụ”

Sau khi đi vào hoạt động, IceCube đã xác nhận rằng neutrino năng lượng cao có thể đến từ cả bên trong lẫn bên ngoài Dải Ngân hà.

Phát hiện này thúc đẩy một hướng nghiên cứu mới trong thiên văn học, khi các nhà khoa học không còn chỉ dựa vào ánh sáng, sóng vô tuyến hay tia X để quan sát vũ trụ.

Halzen mô tả công trình của mình là nỗ lực “mở một cửa sổ mới nhìn vào vũ trụ”.

Ông cũng cho rằng những thành quả lớn nhất vẫn còn ở phía trước, bởi thiên văn học neutrino hiện mới ở giai đoạn đầu.

Theo Halzen, để phương pháp này thực sự trở thành một nhánh thiên văn học hoàn chỉnh, thế giới cần những kính thiên văn lớn hơn và nhiều hệ thống quan sát hơn.

Một dự án mở rộng mang tên IceCube Gen2 đang được lên kế hoạch, với quy mô khoảng 8 km³ băng, lớn gấp 8 lần hệ thống hiện nay.

Cơ sở này dự kiến đi vào hoạt động năm 2033 và có thể phát hiện số neutrino nhiều gấp khoảng 10 lần, bao gồm cả những tín hiệu yếu hơn mà IceCube hiện tại khó ghi nhận.

Làm việc trong điều kiện -50°C

Việc vận hành đài quan sát tại Nam Cực cũng là thách thức không nhỏ.

Trong mùa đông kéo dài, nhiệt độ có thể xuống dưới -50°C, khiến máy bay gần như không thể hạ cánh. Một nhóm nhân sự nhỏ phải ở lại tại trạm để duy trì hoạt động của hệ thống trong nhiều tháng.

Trạm Nam Cực Amundsen Scott có thể tiếp nhận khoảng 150 người vào những thời điểm đông nhất và được trang bị bếp công nghiệp, phòng ăn, phòng tập thể thao, thậm chí cả nhà kính.

IceCube hoạt động liên tục trong điều kiện môi trường khắc nghiệt như vậy để thu thập những tín hiệu hiếm hoi từ không gian sâu.

Giải thưởng trị giá 1,2 triệu USD

Halzen sẽ nhận phần thưởng trị giá 12 triệu krona Thụy Điển, tương đương khoảng 1,2 triệu USD.

Ông cho biết giải thưởng mang lại cảm giác nhẹ nhõm sau nhiều năm chờ đợi, đặc biệt vì ông luôn cho rằng các cộng sự của mình xứng đáng được ghi nhận cho dự án kéo dài hàng thập niên.

Thủ tướng Bỉ Bart De Wever chúc mừng Halzen và gọi đây là sự ghi nhận cho “một cuộc đời dành để giải mã những bí mật lớn nhất của vũ trụ thông qua những biểu hiện nhỏ bé nhất của nó”.

Nobel Vật lý là một trong những giải thưởng khoa học danh giá nhất thế giới. Trong lịch sử, giải từng được trao cho nhiều tên tuổi như Albert Einstein, Marie Curie, Pierre Curie, Max Planck và Niels Bohr.

Lễ trao giải sẽ diễn ra tại Stockholm vào ngày 10/12, đúng ngày mất của Alfred Nobel.