Nhà khoa học Francis Halzen (Bỉ) được vinh danh "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 được Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển trao tặng giải Nobel Vật lý năm 2026. (Ảnh: NAS)
Ủy ban Nobel gọi neutrino là những "thông điệp ma quái từ không gian" bởi các hạt này tồn tại gần như ở khắp mọi nơi nhưng cực kỳ khó phát hiện. Chúng có thể xuyên qua Trái Đất và cơ thể con người mà hầu như không để lại dấu vết.
Giải Nobel Vật lý năm nay là giải thưởng thứ 2 được công bố trong tuần, sau Nobel Sinh y được trao cho 3 nhà khoa học có những đóng góp quan trọng trong lĩnh vực quang di truyền học, giúp làm sáng tỏ cách thức hoạt động của não bộ.
Giải thưởng Nobel trị giá 12 triệu kronor Thụy Điển (khoảng 1,2 triệu USD). Giải có thể được trao cho một cá nhân, một nhóm nhỏ các nhà khoa học hoặc một tổ chức.
Từ năm 1901 đến 2025, Nobel Vật lý đã được trao 119 lần cho tổng cộng 230 người.
Phát hiện những hạt gần như vô hình từ vũ trụ
Neutrino là một trong những loại hạt khó phát hiện nhất mà các nhà khoa học từng nghiên cứu. Chúng tồn tại với số lượng khổng lồ và liên tục đi xuyên qua Trái Đất cũng như cơ thể chúng ta. Tuy nhiên, neutrino rất hiếm khi tương tác với vật chất.
Chỉ trong những trường hợp cực kỳ hiếm, một neutrino mới va chạm với hạt nhân nguyên tử. Chính tương tác này tạo ra dấu hiệu đủ để các thiết bị chuyên dụng phát hiện được sự xuất hiện của hạt.
Điều khiến neutrino đặc biệt quan trọng là chúng có thể mang đến thông tin về những vùng cực kỳ xa xôi và dữ dội trong vũ trụ. Các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng vũ trụ tồn tại những "máy gia tốc hạt" tự nhiên có khả năng tạo ra các hạt với năng lượng lớn gấp hàng triệu lần mức mà các phòng thí nghiệm trên Trái Đất có thể đạt tới. Nguồn gốc của những hạt năng lượng cực cao này vẫn còn nhiều bí ẩn.
Các nhà nghiên cứu muốn biết những nguồn phát đó thực sự là gì, nằm ở đâu và những quá trình vật lý nào đang diễn ra bên trong chúng.
Neutrino năng lượng cao được tạo ra trong cùng những môi trường cực kỳ mạnh này cùng với nhiều loại hạt khác. Nhưng khác với phần lớn các hạt khác, neutrino có thể di chuyển qua không gian mà gần như không bị thay đổi hướng hoặc mất năng lượng.
Nhờ đặc điểm này, chúng có thể truyền đến Trái Đất thông tin trực tiếp về nơi chúng được sinh ra. Điều đó mở ra một cách nghiên cứu vũ trụ mà các phương pháp quan sát khác khó có thể cung cấp.
Ý tưởng biến băng Nam Cực thành một đài quan sát khổng lồ
Francis Halzen lần đầu trình bày ý tưởng sử dụng băng Nam Cực để phát hiện neutrino vào năm 1988.
Ý tưởng dựa trên một hiện tượng đơn giản nhưng rất khó quan sát: khi neutrino va chạm với hạt nhân nguyên tử trong băng, tương tác này có thể tạo ra một tia sáng. Các cảm biến được đặt sâu trong lớp băng trong suốt có thể ghi nhận ánh sáng đó và giúp các nhà khoa học xác định sự xuất hiện của neutrino.
Nam Cực có những điều kiện đặc biệt phù hợp cho mục tiêu này. Khối băng khổng lồ tại đây có thể đóng vai trò như một môi trường phát hiện tự nhiên, đồng thời khu vực này ít chịu ảnh hưởng của nhiều dạng nhiễu và có nền địa chất ổn định, không có động đất.
Ý tưởng của Halzen nhanh chóng nhận được sự ủng hộ từ các nhà nghiên cứu khác. Chỉ vài năm sau, những thử nghiệm đầu tiên với các cảm biến được đặt trong băng đã bắt đầu.
Việc phát hiện neutrino năng lượng cực cao không hề dễ dàng. Những hạt này rất hiếm, vì vậy các nhà khoa học cần một thể tích băng khổng lồ để có cơ hội ghi nhận đủ số lần tương tác. Đó là lý do IceCube được xây dựng.
IceCube mở ra một cách mới để quan sát vũ trụ
IceCube là một đài quan sát neutrino nằm sâu trong lớp băng Nam Cực, bao phủ một khối băng có thể tích khoảng 1 km³ và được trang bị hệ thống cảm biến ánh sáng.
Công trình được hoàn thành vào năm 2011. Với quy mô khổng lồ này, các nhà khoa học có thể theo dõi những tia sáng cực nhỏ xuất hiện khi neutrino tương tác với vật chất trong băng.
Không lâu sau khi hoàn thành, IceCube đã phát hiện những neutrino năng lượng cao đầu tiên. Vài năm tiếp theo, các nhà nghiên cứu công bố những phát hiện cho thấy một số neutrino phải có nguồn gốc từ rất xa bên ngoài Hệ Mặt Trời.
Từ đây, việc truy tìm nguồn phát neutrino trong vũ trụ có thể bắt đầu một cách nghiêm túc. Điểm quan trọng nằm ở chỗ neutrino có thể di chuyển từ những môi trường cực kỳ khắc nghiệt trong vũ trụ đến Trái Đất mà không bị lệch hướng đáng kể. Vì vậy, việc xác định hướng đến của chúng có thể giúp các nhà khoa học lần tìm những nơi sản sinh ra các hạt năng lượng cao này.
Đây cũng là nền tảng cho một phương pháp quan sát mới, được kỳ vọng giúp con người hiểu rõ hơn về những môi trường dữ dội nhất trong vũ trụ.
Mark Pearce, Chủ tịch Ủy ban Nobel Vật lý, cho biết Francis Halzen đã dẫn dắt một nhóm quốc tế gồm các nhà nghiên cứu và kỹ sư để tạo ra một thiết bị đặc biệt.
"Sự kiên trì và tầm nhìn khoa học của ông đã mở đường cho một loại hình thiên văn học mới", Pearce nói. Đối với Halzen, hành trình này bắt đầu từ ý tưởng được đưa ra năm 1988 về việc biến lớp băng Nam Cực thành một thiết bị khổng lồ để săn tìm neutrino. Hơn 2 thập niên sau, IceCube hoàn thành và bắt đầu thu thập những tín hiệu từ các hạt đến từ những vùng xa xôi của vũ trụ.
Các tương tác neutrino được IceCube ghi nhận liên tục hiện đang cung cấp cho giới khoa học thêm dữ liệu về những môi trường cực kỳ dữ dội, nơi các neutrino năng lượng cao được tạo ra.
Những quan sát này không chỉ giúp truy tìm nguồn gốc của các hạt vũ trụ mà còn có thể hé lộ những hiện tượng chưa từng được biết đến trước đây.
