Франсис Халзен — нобелевский физик, ни разу не ступавший на лёд своего телескопа

Франсис Халзен

Родился	23 марта 1944 г. Tienen, Belgium
Род занятий	Физик
Награды	Премия Бальзана · Премия Коккони · Премия Юлиуса Весса

Фрэнсис Хальцен никогда не стоял на льду, который прославил его имя. Десятилетиями физик из Университета Висконсин—Мэдисон доказывал, что в толще антарктического ледника под Южным полюсом можно разместить датчики света и ловить частицы, выброшенные самыми яростными объектами Вселенной. Он писал заявки на финансирование и возглавлял коллаборацию, создавшую детектор. Бурение и работы в условиях холода выполняли другие. Этой осенью Королевская шведская академия наук присудила ему Нобелевскую премию по физике — и только ему — за обсерваторию, которую построили сотни учёных и инженеров.

Именно это одиночество — самая странная часть истории. Физические премии обычно присуждают двум или трём людям, а IceCube — проект международной коллаборации, объединившей специалистов более чем из дюжины стран. Сам Хальцен рассказывает о зарождении проекта как о цепочке случайностей. «Меня втянули в это совершенно случайно», — говорил он в интервью-устной истории Американскому институту физики: из четырёх основателей только он когда-либо писал заявку на проект.

Путь к Южному полюсу начался далеко ото льдов. Хальцен родился 23 марта 1944 года в Тинене, городе во Фламандском Брабанте. Он изучал физику в Католическом университете Лёвена, получил степень магистра в 1966 году, а в 1969-м защитил докторскую диссертацию о нарушении симметрий адронов, написанную на нидерландском языке. Затем два года работал научным сотрудником в ЦЕРНе — европейской лаборатории физики частиц неподалёку от Женевы, — после чего пересёк Атлантику и перебрался в Мэдисон, где работает уже более полувека.

В Висконсине он занимался теоретической физикой кварков и столкновений частиц на ускорителях. В 1977 году стал профессором, а в 1984-м возглавил университетский Институт исследований физики элементарных частиц — эту должность он занимает до сих пор. В том же году вместе с британским физиком Аланом Д. Мартином опубликовал книгу Quarks and Leptons, которая вскоре стала стандартным учебником по физике элементарных частиц. Тем временем его внимание всё больше привлекали космические лучи, достигающие Земли с энергиями, недоступными любой лаборатории.

В 1987 году он узнал о советском проекте: исследователи собирались улавливать нейтрино в антарктическом льду с помощью радиоантенн. Хальцен решил, что сигнал будет слишком слабым, но сама идея использовать лёд не давала ему покоя. Нейтрино не имеют электрического заряда и почти лишены массы. Они проходят сквозь планету, не останавливаясь, и именно поэтому так ценны: частицы приходят по прямой из мест, где родились. В редких случаях нейтрино сталкивается с ядром атома и порождает заряженную частицу, испускающую слабую голубую вспышку. Хальцен предложил наблюдать за такими вспышками в прозрачном, тёмном и стабильном льду под полюсом. В 1988 году он представил эту идею на конференции в Польше вместе с Джоном Лёрндом, руководившим проектом подводного детектора у берегов Гавайев. «Я выступил с докладом о концепции AMANDA… просто чтобы проверить, не освистают ли меня со сцены», — вспоминал он. Никто не засмеялся.

Пилотный проект AMANDA начал обретать форму примерно в 1990 году. В небольшой группе физиков был и коллега Хальцена по Висконсинскому университету Боб Морс, официально занимавший должность главного исследователя проекта. Эксперимент едва не погубил всю затею. В верхних слоях лёд был заполнен крошечными пузырьками воздуха, которые так сильно рассеивали свет, что вспышка почти сразу теряла направление. Глубже лёд оказался гораздо прозрачнее, чем кто-либо предполагал. AMANDA доказал, что этот метод позволяет обнаруживать нейтрино, и показал: настоящий телескоп должен быть гораздо крупнее и глубже.

В 2001 году Хальцен стал главным исследователем проекта-преемника — IceCube. После шести лет работы бригад, которые растапливали лёд горячей водой, пробуривая скважины, и опускали в них гирлянды датчиков до того, как вода снова замерзала, обсерваторию завершили в 2011 году. Она представляла собой кубический километр льда с 5160 оптическими модулями на глубине примерно от 1450 до 2450 метров. В 2013 году коллаборация опубликовала первые свидетельства существования высокоэнергетических нейтрино из-за пределов Солнечной системы — частиц с энергией намного выше той, которую получают на Большом адронном коллайдере ЦЕРНа. Журнал Physics World назвал эту работу научным прорывом года. Впоследствии исследователи связали нейтрино с вспыхивающим блазаром TXS 0506+056, активной галактикой NGC 1068, а в 2023 году — с плоскостью нашей собственной галактики Млечный Путь.

В обосновании Нобелевской премии говорится о «решающем вкладе», и эта формулировка имеет значение. Хальцен — теоретик, и, по его собственным словам, он никогда не бывал в Антарктиде — ни во время проекта AMANDA, ни позднее. В эссе, опубликованном Американским институтом физики после объявления лауреата, говорилось, что его «не стоит считать единственной движущей силой или главным вдохновителем проекта». В книге Марка Боуэна об этой работе, The Telescope in the Ice, значительная часть истории посвящена таким участникам, как Морс и специалист по бурению льда Брюс Коци. Хальцен с этим не спорит. «Я бы не стал главным исследователем, если бы они сами не предложили мне эту роль», — говорил он, вспоминая, что ему дали понять: проект не состоится без него во главе, — и это произошло как раз перед тем, как должны были выделить финансирование. У науки, связанной с IceCube, есть и нерешённый вопрос: обсерватория доказала существование постоянного потока космических нейтрино, однако источник большинства из них по-прежнему не установлен. Даже самый сильный кандидат, NGC 1068, был обнаружен с уровнем статистической достоверности ниже порога, принятого физиками для заявления об открытии.

Объявление о присуждении премии 6 октября 2026 года застало Хальцена в Италии — через несколько дней после его выступления об IceCube на научном фестивале в Бергамо. «Это стало огромным сюрпризом; я совсем этого не ожидал», — сказал он по телефону на пресс-конференции в Стокгольме. Он стал первым с 1992 года лауреатом премии по физике, получившим её единолично, 11-м бельгийским нобелевским лауреатом и первым действующим сотрудником Университета Висконсина, удостоенным этой награды с 1975 года. Ранее в этом году Американское физическое общество вручило ему медаль за выдающиеся достижения в исследованиях, а в 2024 году его избрали в Национальную академию наук США.

Премию он намерен использовать как аргумент. «Я работаю над заявкой и надеюсь, что эта награда поможет получить на неё одобрение», — сказал он журналистам в Мэдисоне, вызвав смех. Его коллаборация уже планирует IceCube-Gen2 — расширение обсерватории примерно до восьми кубических километров льда, полное строительство которого пока не обеспечено финансированием. Тем временем конкурирующие нейтринные телескопы возводят в Средиземном море и на озере Байкал. Хальцену, которому сейчас 82 года, вручат медаль в Стокгольме 10 декабря. Проект, который когда-то, по его словам, называли «милой идеей», которая «никогда не сработает», по-прежнему регистрирует вспышки во тьме — и у большинства мест, откуда они приходят, до сих пор нет названия.

Теги: IceCube, физика, Nobel Prize, нейтрино, Alan D. Martin, Bob Morse