Nobelova cena za fyziku 2026

(Grafika: Niklas Elmehed, Nobel Prize Outreach)

V roce 2026 byla Nobelova cena za fyziku udělena profesorovi Francisi Halzenovi za rozhodující přínos k budování observatoře IceCube a za objev vysokoenergetických neutrin astrofyzikálního původu. Halzen patřil ke klíčovým osobnostem nejen při formulaci samotné myšlenky, ale také při realizaci obří observatoře na jižním pólu. IceCube využívá ke studiu těchto částic z hlubokého vesmíru jejich interakce s ledem. Vysokoenergetická neutrina vznikají při nejextrémnějších procesech ve vesmíru. Díky tomu, že s okolní hmotou interagují jen velmi slabě, dokážou procestovat obrovské vzdálenosti, aniž by se informace, kterou nesou, jakkoliv zkreslila. Po dlouhou dobu jsme však neměli způsob, jak tyto částice efektivně zachytit a jejich „zprávu“ přečíst. Observatoř IceCube to zásadně změnila a položila základy nového oboru, tzv. neutrinové astronomie. Mimořádný význam výzkumu těchto tajemných částic dokládá i fakt, že od roku 1988 jde již o pátou Nobelovu cenu za fyziku udělenou za objevy s nimi spojené (po cenách z let 1988, 1995, 2002 a 2015). Neutrina dnes představují jakéhosi nového posla z vesmíru, který nám umožňuje sledovat kosmické děje zcela jiným způsobem než pomocí klasického elektromagnetického záření.

Co je to neutrino a proč je výjimečné?

Neutrino je elementární částice s téměř nulovou hmotností a bez elektrického náboje. Prostorem se tedy šíří bez ovlivnění magnetickým či elektrickým polem a s běžnou hmotou reaguje jen výjimečně. Může tak proletět napříč vesmírem, aniž by bylo pohlceno nebo odkloněno z dráhy. Vzniká při různých jaderných a částicových dějích: od radioaktivních rozpadů až po extrémní procesy, jako je aktivita galaktických jader, výbuchy supernov nebo výtrysky hmoty v blízkosti černých děr. Právě vysokoenergetická neutrina (tzv. astrofyzikální) jsou cenným zdrojem informací z míst, odkud k nám jiné projevy (například vysokoenergetické protony nebo gama záření) dorazit nedokážou. Na základě jejich energie a směru lze určit, co se ve vzdáleném kosmu odehrává a odkud částice přiletěla. To však platí jen za předpokladu, že je dokážeme zachytit, a právě to představuje největší výzvu.

Výzvy při detekci

1. Vzácnost interakce: Neutrino reaguje s hmotou jen výjimečně. Sám laureát pro představu uvádí, že plochou o velikosti lidského nehtu prolétne každou sekundu na 65 miliard neutrin, aniž by zanechala stopu. Pokud bychom čekali, až neutrino z hlubokého vesmíru zareaguje přímo s naším tělem, trvalo by to v průměru 100 000 let.
2. Obtížná měřitelnost: Samotnou částici přímo detekovat nelze. Měříme pouze sekundární jevy, které interakci doprovázejí (např. vznik dalších částic).
3. Tři formy (příchutě): Neutrina existují ve třech typech: elektronové, mionové a tauonové. Každé reaguje s látkou jinak, a navíc mohou během letu mezi těmito formami přecházet (oscilovat). Svůj název získali díky částicím, které vznikají při interakci daných neutrin s látkou.
4. Kosmické „šumy“: Drtivá většina neutrin dopadajících na Zemi pochází z procesů v naší atmosféře nebo ze Slunce. Pro zjednodušení je můžeme označovat jako „lokální“ neutrina. Nabízí se proto otázka, jak v miliardách lokálních neutrin bezpečně rozpoznat těch několik málo astrofyzikálních?

Geniální nápad: Led jako detektor

V roce 1988 představil Francis Halzen na konferenci v Polsku myšlenku, jak téměř nemožné učinit možným. Navrhl detekovat neutrina prostřednictvím světelných záblesků, které vznikají při interakci sekundárních částic (elektronů, mionů a tauonů) s prostředím. Jelikož viditelné světlo běžná látka pohlcuje a detektor musel být kvůli nízké pravděpodobnosti zásahu obrovský, navrhl využít průzračný led. Tím položil základ projektu IceCube. V místě vědecké stanice na jižním pólu vznikla podzemní mezinárodní observatoř. Ukázalo se, že led v hloubce od 1,5 km pod povrchem je nebývale čistý a homogenní, takže se v něm světelný záblesk dokáže šířit až do vzdálenosti 300 metrů. V objemu jednoho krychlového kilometru vědci vyvrtali 86 šachet a osadili je více než 5 000 citlivými světelnými detektory. Z pozorovaných záblesků lze určit nejen původní směr neutrina, ale především jeho energii. Právě energie funguje jako hlavní síto odlišující astrofyzikální neutrina od těch lokálních: zatímco solární a atmosférická neutrina dosahují nižších energií (od Mev – TeV), astrofyzikální neutrina mají energii řádově vyšší (Tev – PeV). S rostoucí energií navíc navzdory všeobecné netečnosti neutrin roste i pravděpodobnost jejich interakce s hmotou.

Dosavadní úspěchy a budoucnost

Od svého dokončení v roce 2011 zachytí observatoř IceCube přibližně 250 neutrin denně, přičemž ta astrofyzikální tvoří asi jen jedno z tisíce. Od té doby vědci potvrdili řadu poznatků o chování neutrin a dokázali identifikovat i možné konkrétní masivní zdroje neutrin: například aktivní galaxii NGC 1068. Neutrinová astronomie má obrovskou perspektivu především s růstem sběru dat, což umožní hlubší poznání chování neutrin a zdrojů těch astrofyzikálních. Do budoucna se počítá s ještě přesnějším mapováním kosmických zdrojů, k čemuž má pomoci plánovaný projekt IceCube-Gen2, který by měl observatoř zvětšit až osminásobně.