Nobel Vật lí 2026 vinh danh Francis Halzen với 'kính thiên văn' dưới lớp băng Nam Cực

Công trình giành Nobel Vật lí 2026 mở ra một cách mới để quan sát những vùng cực đoan của vũ trụ.

Nobel Vật lí 2026: Biến một km³ băng Nam Cực thành đài quan sát vũ trụ

Giải Nobel Vật lí 2026 được trao cho Francis Halzen vì ý tưởng tận dụng lớp băng khổng lồ tại Nam Cực để truy tìm những hạt gần như vô hình có tên neutrino.

Neutrino hiện diện ở khắp nơi nhưng hầu như không tương tác với vật chất. Hàng tỷ hạt neutrino có thể đi xuyên qua cơ thể con người mỗi giây mà không để lại dấu vết đáng kể. Chúng thậm chí có thể xuyên qua toàn bộ Trái Đất. Chỉ trong những trường hợp cực kì hiếm, một neutrino mới va chạm với hạt nhân nguyên tử và tạo ra tín hiệu có thể phát hiện được.

Chính đặc tính này khiến neutrino vừa khó nghiên cứu, vừa trở thành một “sứ giả” đặc biệt của vũ trụ. Các nhà khoa học từ lâu biết rằng vũ trụ tồn tại những “máy gia tốc” tự nhiên có khả năng đẩy các hạt lên mức năng lượng cao gấp hàng triệu lần những gì con người có thể đạt được trong phòng thí nghiệm. Nhưng nguồn gốc và cơ chế hoạt động của những cỗ máy vũ trụ này vẫn còn nhiều bí ẩn.

Năm 1988, Halzen lần đầu đưa ra ý tưởng sử dụng băng ở Nam Cực để phát hiện neutrino. Khi một neutrino va chạm với hạt nhân nguyên tử trong băng, tương tác này có thể tạo ra một tia sáng cực nhỏ. Các cảm biến được đặt sâu trong lớp băng trong suốt có thể ghi nhận tia sáng đó và từ đó suy ra sự xuất hiện của neutrino.

Nam Cực có những điều kiện đặc biệt phù hợp cho thí nghiệm. Lớp băng sâu, trong và tương đối ít nhiễu giúp các cảm biến có thể phát hiện những tín hiệu cực kì yếu. Khu vực này cũng có nền địa chất ổn định, không chịu ảnh hưởng của động đất như nhiều địa điểm khác.

Ý tưởng của Halzen nhanh chóng nhận được sự ủng hộ từ cộng đồng khoa học. Các thử nghiệm ban đầu được tiến hành chỉ vài năm sau đó, khi những cảm biến đầu tiên được đưa xuống băng.

Để bắt được neutrino năng lượng cực cao, các nhà khoa học cần một “mục tiêu” khổng lồ bởi những hạt này rất hiếm. Vì vậy, IceCube được xây dựng trong một khối băng có thể tích khoảng một km³, với mạng lưới cảm biến quang học được bố trí sâu dưới bề mặt.

IceCube hoàn thành vào năm 2011 và nhanh chóng ghi nhận những neutrino năng lượng cao đầu tiên. Vài năm sau, các nhà nghiên cứu công bố phát hiện những neutrino có nguồn gốc nằm rất xa bên ngoài Hệ Mặt Trời.

Neutrino mở thêm một cửa sổ quan sát vũ trụ

Điểm đặc biệt của neutrino nằm ở khả năng truyền thông tin mà nhiều loại hạt khác không thể mang đến Trái Đất.

Các hạt tích điện bị từ trường trong vũ trụ làm lệch hướng, trong khi ánh sáng có thể bị hấp thụ hoặc tán xạ trên đường truyền. Neutrino lại gần như không bị ảnh hưởng bởi những yếu tố này. Chúng có thể đi xuyên qua vật chất và đến Trái Đất gần như theo đường thẳng từ nơi chúng được tạo ra.

Điều đó biến IceCube thành một dạng “kính thiên văn” hoàn toàn khác. Thay vì quan sát ánh sáng, các nhà khoa học sử dụng neutrino để truy tìm những môi trường cực kì dữ dội trong vũ trụ, nơi các hạt năng lượng cao được tạo ra.

Theo Ủy ban Nobel, việc phát hiện neutrino có nguồn gốc ngoài Hệ Mặt Trời đã mở đường cho một lĩnh vực mới: thiên văn học neutrino. Những hạt tưởng như không thể nắm bắt này có thể giúp giới khoa học tìm hiểu các quá trình xảy ra tại những vùng xa xôi và khắc nghiệt nhất của vũ trụ.

Mark Pearce, Chủ tịch Ủy ban Nobel Vật lí, đánh giá Halzen đã dẫn dắt một nhóm quốc tế gồm các nhà nghiên cứu và kỹ sư để tạo ra một công cụ khoa học đặc biệt. Tầm nhìn và sự bền bỉ của ông đã mở đường cho một phương thức quan sát vũ trụ mới.

Dữ liệu neutrino vẫn đang được IceCube liên tục thu thập. Mỗi sự kiện tương tác có thể bổ sung thêm thông tin về những môi trường vũ trụ có khả năng tạo ra neutrino năng lượng cao.

Xa hơn, các nhà khoa học kì vọng những dữ liệu này không chỉ giúp xác định nguồn phát neutrino mà còn có thể dẫn tới việc phát hiện những hiện tượng vũ trụ chưa từng được biết đến.

Từ một ý tưởng được đưa ra năm 1988 đến một đài quan sát nằm sâu dưới lớp băng Nam Cực, công trình của Francis Halzen đã biến một vùng đất tưởng như biệt lập với vũ trụ thành một trong những nơi quan trọng để con người lắng nghe các tín hiệu đến từ những vùng xa nhất của vũ trụ.

Bùi Tú