SG.hu·
Neutrinófizikus nyerte a 2026-os fizikai Nobel díjat
Francis Halzen, a Wisconsini Egyetem madisoni kampuszának fizikusa nyerte el a 2026-os fizikai Nobel-díjat "az IceCube Neutrino Obszervatóriumhoz való meghatározó hozzájárulásáért és az asztrofizikai eredetű, nagy energiájú neutrínók felfedezéséért".
Halzen irányította az Antarktiszon található IceCube Neutrino Obszervatórium fejlesztését és megépítését, lehetővé téve a fizikusok számára, hogy befogják a távoli világegyetemben keletkező nagy energiájú neutrínókat. "Nagyon nagy meglepetés volt, és nyilvánvalóan nem számítottam rá" - mondta Halzen egy Svédországban, Stockholmban tartott sajtótájékoztatón, telefonon beszélve Olaszországból. Bár a Nobel-díjat Halzennek ítélték oda, hangsúlyozta, hogy munkája egy "nagy együttműködés" eredménye volt más kutatókkal. "Ez azokra az igazán bátor emberekre irányítja a figyelmet, akik csatlakoztak hozzám ebben a projektben, amikor valójában egyetlen tiszteletre méltó, konzervatív fizikus sem csatlakozott volna hozzám. De sok tehetséges ember megtette, és ezért vagyok most itt" - mondta.
"Megdöbbentett és teljesen elragadtatott, hogy Francist idén Nobel-díjjal tüntették ki" - mondta közleményében Danielle Norcini, a Johns Hopkins Egyetem részecskefizikusa. "Ő az IceCube tudományos látnoka és hajtóereje. Azáltal, hogy felfedezte az első, galaxisunkon túlról érkező nagy energiájú neutrínókat, átalakította a világegyetemről alkotott képünket, és egy teljesen új területet nyitott meg, a neutrínócsillagászatot. A kísérlet több száz tudós, mérnök és együttműködő fél rendkívüli teljesítménye, de Francis volt az, aki elég nagyban mert gondolkodni ahhoz, hogy elképzeljen egy ilyen léptékű kísérletet, majd fáradhatatlanul dolgozott azon, hogy azt valósággá tegye."
A neutrínók a fénysebességhez közeli sebességgel haladnak. Nincs elektromos töltésük, és a fizikusok évtizedeken át úgy vélték, hogy nincs tömegük sem (valójában van egy egészen parányi tömegük). A neutrínók a világegyetem legnagyobb számban előforduló szubatomi részecskéi, mégis csak nagyon ritkán lépnek kölcsönhatásba bármilyen típusú anyaggal. Másodpercenként folyamatosan több millió ilyen apró részecske bombáz bennünket, mégis egyszerűen áthaladnak rajtunk anélkül, hogy egyáltalán észrevennénk őket.
Ez az alacsony kölcsönhatási arány rendkívül nehézzé teszi a neutrínók kimutatását, ugyanakkor mivel annyira könnyűek, akadálytalanul tudnak elmenekülni az anyag más részecskéivel való ütközésekből, és így nagyrészt változatlanul folytatják útjukat. Ez azt jelenti, hogy értékes nyomokkal szolgálhatnak a csillagászok számára távoli rendszerekről, amit tovább gazdagítanak azok az információk, amelyek az elektromágneses spektrum teljes tartományában működő teleszkópok, valamint a gravitációs hullámok segítségével szerezhetők. Ezeket a különböző információforrásokat együttesen "többhírnökös" csillagászatnak nevezték el.
A neutrínókat először Wolfgang Pauli vetette fel egy kollégáinak írt, 1930-as levelében. Megpróbált magyarázatot találni az atommagok radioaktív béta-bomlásával kapcsolatos zavarba ejtő kísérleti eredményekre, amelyek során úgy tűnt, mintha energia tűnne el - ezt ő helyesen lehetetlennek tartotta. Úgy gondolta, hogy egy újfajta, elektromos töltés és tömeg nélküli szubatomi részecske vihette magával a hiányzó energiát; később Enrico Fermi nevezte el ezt neutrínónak.
Clyde Cowan és Frederick Reines 1956-ban figyelték meg először ezeket a szellemszerű részecskéket, köszönhetően a második világháború után rohamosan elterjedő atomerőművekben zajló magfúziós reakcióknak. Tíz évvel később a fizikusok észlelték az első napneutrínókat. Ezért Ray Davis Jr. és Masatoshi Koshiba 2002-ben Nobel-díjat kapott, amelyen Riccardo Giacconival osztoztak, akit "az asztrofizikához való úttörő hozzájárulásaiért tüntettek ki, amelyek a kozmikus röntgenforrások felfedezéséhez vezettek". Az egyetlen probléma az volt, hogy sokkal kevesebb napneutrínót észleltek, mint amennyit az elmélet előre jelzett, ami a napneutrínó-problémaként ismert rejtéllyé vált. 1962-ben a fizikusok felfedezték a neutrínók egy második típusát, a müonneutrínót. Ezt követte egy harmadik, a tau-neutrínó felfedezése 2000-ben.
Addigra a fizikusok már gyanították, hogy a neutrínók képesek lehetnek egyikből a másikba átváltani, nagyrészt a japán Super-Kamiokande együttműködés, vagyis a Super-K 1998-as megfigyeléseinek köszönhetően. 2002-ben a Sudbury Neutrino Obszervatórium, vagyis az SNO tudósai bejelentették, hogy megoldották a napneutrínó-problémát. A hiányzó elektron-neutrínók egyszerűen álcázták magukat, mivel a Nap és a Föld közötti hosszú út során mássá változtak. Az SNO kutatója, Arthur B. McDonald és a Super-K kutatója, Takaaki Kajita megosztva kapták meg a 2015-ös fizikai Nobel-díjat a maguk területén elért áttöréseikért.
A belga születésű Halzen nem sokkal doktori fokozatának megszerzése után csatlakozott a UW-Madisonhoz, és hamarosan lenyűgözték a neutrínók. A legtöbb neutrínóvadász mélyen a föld alá temeti a kísérleteit, hogy segítsen kiküszöbölni a más forrásokból származó zavaró interferenciát. Az 1980-as években több fizikus is felvetette, hogy a víz jó közeg lehet az űrből érkező neutrínók kimutatására, miközben orosz fizikusok azt javasolták, hogy rádióvevőket használjanak az Antarktiszon a neutrínójelek befogására. Halzen egyesítette a két ötletet, arra a következtetésre jutva, hogy a jég még jobb közeg lehet. 1988-ban azt javasolta, hogy a Déli-sarkon építsenek neutrínóobszervatóriumot, mivel ott már működött egy kutatóállomás.
Joanne Hewett részecskefizikus, a Stony Brook-i Yang Institute for Theoretical Physics kutatója posztdoktori kutató volt a UW-Madisonon, amikor Halzen először előállt az ötlettel. "Egy hideg téli napon, ahogy általában, elmentünk ebédelni a diákszövetségbe, és az ablak mellé ültünk, ahonnan a befagyott Mendota-tóra láttunk" - idézte fel. "A visszafelé vezető úton, a liftben Francis felkiáltott: 'Meg lehetne csinálni jégben!' Egyikünk sem tudta, miről beszél, de ő rettenetesen izgatott volt. Kitartása a kezdeti időkben, amellyel bizonyítani akarta, hogy az ötlete működőképes, és amellyel kidolgozta a műszereket, inspiráló volt."
"Halzen merész ötlete az volt, hogy a természetes módon rendelkezésre álló hatalmas mennyiségű antarktiszi jeget neutrínóteleszkóppá lehet alakítani" - mondta Michael Moloney, az American Institute of Physics vezérigazgatója. "Ezután évtizedeken át vezette azt az erőfeszítést, amely ezt az ötletet IceCube-bá alakította, és amely ma rendkívüli ablakot nyit a világegyetemre és annak néhány legtávolabbi és legnagyobb energiájú jelenségére. Ez a díj a fizika egyik nagyszerű, visszatérő történetét emeli ki: amikor alapvetően új módot találunk a természet megfigyelésére, gyakran teljesen új kérdéseket fedezünk fel, amelyekről korábban még azt sem tudtuk, hogy feltehetjük őket."
Mindez azonban nem tette egyszerű feladattá a műszerek mélyen a jégbe történő beágyazását. Miután glaciológusokkal konzultáltak, Halzen és csapata úgy döntött, hogy kilométer mély lyukakat hoznak létre egy forró vizet használó "fúróval", amely megolvasztja a jeget, majd egy hosszú kábelt engedtek le a lyukba, amelyre fényérzékelők sorozatát erősítették. Az első ilyen neutrínóobszervatórium neve AMANDA volt. A kezdeti eredmények kiábrándítóak voltak, mivel a jég felső részén annyi buborék volt, hogy a fény szétszóródott, és elmosott a neutrínók pályájával kapcsolatos minden lényeges információt. 1400 méter alatt azonban a jég nagyon tiszta volt. Az AMANDA azonban nem fedett le elegendő térfogatot ahhoz, hogy megbízhatóan érzékelje a neutrínókat, ezért végül az IceCube vette át a helyét.
"Az volt a hozzáállásunk, hogy 'tanulmányozzuk a jeget, tervezzünk egy forróvizes fúrót, és megnézzük működik-e'" - mondta Halzen tavaly az American Physical Societynek, amikor megkapta az APS Medal for Exceptional Achievement in Research kitüntetést. "A jégnek átlátszónak kellett lennie, a Madisonban kifejlesztett fúrási módszereknek működniük kellett, és képesnek kellett lennünk a háttérzaj kiszűrésére. Kicsiben kezdtük, és saját magunk legnagyobb meglepetésére mindegyik akadályt leküzdöttük. És hirtelen már rendelkezésünkre álltak az eszközök egy egy köbkilométeres detektor megépítéséhez. Az AMANDA és az IceCube kalandjának csaknem 40 éve alatt senki sem mondta nekünk, hogy ez érdektelen lenne. Valójában a technológiáról volt szó."
Az IceCube több száz, kosárlabda méretű optikai érzékelőből álló tömböket tartalmaz, amelyeket mélyen az antarktiszi jégbe temettek: egy teljes köbkilométernyi jégben 86 kábel között összesen 5160 fényérzékelőt helyeztek el. Azokon a ritka alkalmakkor, amikor egy áthaladó neutrínó kölcsönhatásba lép a jégben található valamely atom atommagjával, az ütközés töltött részecskéket hoz létre, amelyek ultraibolya és kék fotonokat bocsátanak ki. Az érzékelők ezeket fogják fel.
Bizonyos esetekben az IceCube részecskék és fotonok záporát érzékeli, amikor valami nekicsapódik a jégben található egyik atomnak. Más esetekben a részecskék egyszerűen meglökik az atomokat, és néhány fotont szabadítanak fel. Az IceCube felé azonban nem irányul neutrínóforrás, ehelyett természetes neutrínóforrásokra támaszkodik. Ezek egy része az űr távoli részein keletkezik, és hatalmas távolságokat tesz meg a Földig. Mások akkor keletkeznek, amikor a kozmikus sugarak becsapódnak a légkörbe.
Ha azonban az IceCube kizárólag azokra a neutrínókra támaszkodna, amelyek a detektoron belül léptek kölcsönhatásba az anyaggal, évekbe telne elegendő ütközést összegyűjteni ahhoz, hogy vizsgálatokat lehessen végezni. Ezért az IceCube csapata az egész Földet felhasználta. Az IceCube képes érzékelni a részecskék által megtett pályát, amikor azok oldalról belépve áthaladnak a detektoron. Ezek olyan neutrínók lennének, amelyek érintőlegesen haladtak át a Földön, közvetlenül a Déli-sarknál, és ezért csak nagyon kevés anyaggal léptek kölcsönhatásba.
Az IceCube 2011-ben kezdte meg működését, és felülmúlta a várakozásokat. "A legnagyobb kockázat, amit vállaltunk, az volt, hogy senki sem tudta, vajon az egy köbkilométeres detektor valóban elég nagy-e ahhoz, hogy a légkörünkön túlról, a világegyetemből érkező neutrínókat érzékelje, és ez volt a legnagyobb kérdésünk. De mindössze két évbe telt ennek észlelése" - mondta Halzen a Nobel-díj sajtótájékoztatóján. "Bizonyítékot találtunk arra, hogy más galaxisok szupermasszív fekete lyukaiból érkeznek neutrínók, és olyan erősen ragyognak, hogy amikor a neutrínóégboltra tekintünk, nem látjuk a Tejútrendszert."
2014-ben az IceCube három, korábban soha nem tapasztalt energiájú neutrínót fedezett fel, amelyeket Bertnek, Ernie-nek és Big Birdnek becéztek. 2017-ben a fizikusok egy nagy energiájú neutrínót egy konkrét forrásig, egy távoli galaxisig követtek vissza. A galaxis neve TXS 0506+056, és gyakran "a texasi eseményként" hivatkoznak rá. Ugyanebben az évben az IceCube tudósai egy Standard Modellbeli előrejelzést teszteltek: azt, hogy a neutrínók nagyobb valószínűséggel lépnek kölcsönhatásba az anyaggal magasabb energiákon. A várakozásoknak megfelelően a Földön keresztül érkező neutrínók száma csökkent a tangenciálisan érkezőkhöz képest, és gyakoriságuk az energia növekedésével tovább csökkent.
2022-ben pedig az IceCube tudósai visszakövették azokat az útvonalakat, amelyeken a nagy energiájú kozmikus neutrínók a Föld felé haladtak. Tíz évnyi adat alapos átvizsgálása után bizonyítékot találtak - 79 neutrínó csábító többlete formájában - arra, hogy egy aktív galaxis, a Messier 77 - más néven a Tintahal-galaxis - erős jelölt a nagy energiájú neutrínók kibocsátására. Ez az eredmény egy lépéssel közelebb hozta az asztrofizikusokat ahhoz, hogy megoldják a nagy energiájú kozmikus sugarak eredetének rejtélyét. "A kozmikus sugarak, bárhol is születnek, neutrínókat hoznak létre, de akkoriban fogalmunk sem volt arról, hogy hol vagy hogyan" - mondta Halzen. "Most, hogy neutrínókat látunk, kezdjük meglátni az első kozmikus gyorsítókat, és ez valóban izgalmas."
Az IceCube még nem végzett az új felfedezésekkel. "Ezek a hatalmas energiájú neutrínóink megvannak, de úgy tűnik, hogy az összes fizika, amit végzünk, összhangban van azzal a Standard Modellbeli neutrínófizikával, amelyet ismerünk és szeretünk, mi pedig ezt szeretnénk megtörni" - mondta Halzen. A projekt februárban fejezett be egy jelentős korszerűsítést, amelynek során öt további fényérzékelő-kábelt adtak hozzá a meglévő tömbök alsó középső részéhez, további 600 új fényérzékelővel és kalibrációs műszerekkel együtt. A múlt hónapban a National Science Foundation 53 millió dollárt biztosított a következő öt évre a működés fenntartására.
Ami Halzen jövőbeli kutatási terveit illeti, "egy pályázaton dolgozom, és remélem, hogy ez a díj segít abban, hogy jóváhagyják" - viccelődött a sajtótájékoztatón.
Halzen irányította az Antarktiszon található IceCube Neutrino Obszervatórium fejlesztését és megépítését, lehetővé téve a fizikusok számára, hogy befogják a távoli világegyetemben keletkező nagy energiájú neutrínókat. "Nagyon nagy meglepetés volt, és nyilvánvalóan nem számítottam rá" - mondta Halzen egy Svédországban, Stockholmban tartott sajtótájékoztatón, telefonon beszélve Olaszországból. Bár a Nobel-díjat Halzennek ítélték oda, hangsúlyozta, hogy munkája egy "nagy együttműködés" eredménye volt más kutatókkal. "Ez azokra az igazán bátor emberekre irányítja a figyelmet, akik csatlakoztak hozzám ebben a projektben, amikor valójában egyetlen tiszteletre méltó, konzervatív fizikus sem csatlakozott volna hozzám. De sok tehetséges ember megtette, és ezért vagyok most itt" - mondta.
"Megdöbbentett és teljesen elragadtatott, hogy Francist idén Nobel-díjjal tüntették ki" - mondta közleményében Danielle Norcini, a Johns Hopkins Egyetem részecskefizikusa. "Ő az IceCube tudományos látnoka és hajtóereje. Azáltal, hogy felfedezte az első, galaxisunkon túlról érkező nagy energiájú neutrínókat, átalakította a világegyetemről alkotott képünket, és egy teljesen új területet nyitott meg, a neutrínócsillagászatot. A kísérlet több száz tudós, mérnök és együttműködő fél rendkívüli teljesítménye, de Francis volt az, aki elég nagyban mert gondolkodni ahhoz, hogy elképzeljen egy ilyen léptékű kísérletet, majd fáradhatatlanul dolgozott azon, hogy azt valósággá tegye."
A neutrínók a fénysebességhez közeli sebességgel haladnak. Nincs elektromos töltésük, és a fizikusok évtizedeken át úgy vélték, hogy nincs tömegük sem (valójában van egy egészen parányi tömegük). A neutrínók a világegyetem legnagyobb számban előforduló szubatomi részecskéi, mégis csak nagyon ritkán lépnek kölcsönhatásba bármilyen típusú anyaggal. Másodpercenként folyamatosan több millió ilyen apró részecske bombáz bennünket, mégis egyszerűen áthaladnak rajtunk anélkül, hogy egyáltalán észrevennénk őket.
Ez az alacsony kölcsönhatási arány rendkívül nehézzé teszi a neutrínók kimutatását, ugyanakkor mivel annyira könnyűek, akadálytalanul tudnak elmenekülni az anyag más részecskéivel való ütközésekből, és így nagyrészt változatlanul folytatják útjukat. Ez azt jelenti, hogy értékes nyomokkal szolgálhatnak a csillagászok számára távoli rendszerekről, amit tovább gazdagítanak azok az információk, amelyek az elektromágneses spektrum teljes tartományában működő teleszkópok, valamint a gravitációs hullámok segítségével szerezhetők. Ezeket a különböző információforrásokat együttesen "többhírnökös" csillagászatnak nevezték el.
A neutrínókat először Wolfgang Pauli vetette fel egy kollégáinak írt, 1930-as levelében. Megpróbált magyarázatot találni az atommagok radioaktív béta-bomlásával kapcsolatos zavarba ejtő kísérleti eredményekre, amelyek során úgy tűnt, mintha energia tűnne el - ezt ő helyesen lehetetlennek tartotta. Úgy gondolta, hogy egy újfajta, elektromos töltés és tömeg nélküli szubatomi részecske vihette magával a hiányzó energiát; később Enrico Fermi nevezte el ezt neutrínónak.
Clyde Cowan és Frederick Reines 1956-ban figyelték meg először ezeket a szellemszerű részecskéket, köszönhetően a második világháború után rohamosan elterjedő atomerőművekben zajló magfúziós reakcióknak. Tíz évvel később a fizikusok észlelték az első napneutrínókat. Ezért Ray Davis Jr. és Masatoshi Koshiba 2002-ben Nobel-díjat kapott, amelyen Riccardo Giacconival osztoztak, akit "az asztrofizikához való úttörő hozzájárulásaiért tüntettek ki, amelyek a kozmikus röntgenforrások felfedezéséhez vezettek". Az egyetlen probléma az volt, hogy sokkal kevesebb napneutrínót észleltek, mint amennyit az elmélet előre jelzett, ami a napneutrínó-problémaként ismert rejtéllyé vált. 1962-ben a fizikusok felfedezték a neutrínók egy második típusát, a müonneutrínót. Ezt követte egy harmadik, a tau-neutrínó felfedezése 2000-ben.
Addigra a fizikusok már gyanították, hogy a neutrínók képesek lehetnek egyikből a másikba átváltani, nagyrészt a japán Super-Kamiokande együttműködés, vagyis a Super-K 1998-as megfigyeléseinek köszönhetően. 2002-ben a Sudbury Neutrino Obszervatórium, vagyis az SNO tudósai bejelentették, hogy megoldották a napneutrínó-problémát. A hiányzó elektron-neutrínók egyszerűen álcázták magukat, mivel a Nap és a Föld közötti hosszú út során mássá változtak. Az SNO kutatója, Arthur B. McDonald és a Super-K kutatója, Takaaki Kajita megosztva kapták meg a 2015-ös fizikai Nobel-díjat a maguk területén elért áttöréseikért.
A belga születésű Halzen nem sokkal doktori fokozatának megszerzése után csatlakozott a UW-Madisonhoz, és hamarosan lenyűgözték a neutrínók. A legtöbb neutrínóvadász mélyen a föld alá temeti a kísérleteit, hogy segítsen kiküszöbölni a más forrásokból származó zavaró interferenciát. Az 1980-as években több fizikus is felvetette, hogy a víz jó közeg lehet az űrből érkező neutrínók kimutatására, miközben orosz fizikusok azt javasolták, hogy rádióvevőket használjanak az Antarktiszon a neutrínójelek befogására. Halzen egyesítette a két ötletet, arra a következtetésre jutva, hogy a jég még jobb közeg lehet. 1988-ban azt javasolta, hogy a Déli-sarkon építsenek neutrínóobszervatóriumot, mivel ott már működött egy kutatóállomás.
Joanne Hewett részecskefizikus, a Stony Brook-i Yang Institute for Theoretical Physics kutatója posztdoktori kutató volt a UW-Madisonon, amikor Halzen először előállt az ötlettel. "Egy hideg téli napon, ahogy általában, elmentünk ebédelni a diákszövetségbe, és az ablak mellé ültünk, ahonnan a befagyott Mendota-tóra láttunk" - idézte fel. "A visszafelé vezető úton, a liftben Francis felkiáltott: 'Meg lehetne csinálni jégben!' Egyikünk sem tudta, miről beszél, de ő rettenetesen izgatott volt. Kitartása a kezdeti időkben, amellyel bizonyítani akarta, hogy az ötlete működőképes, és amellyel kidolgozta a műszereket, inspiráló volt."
"Halzen merész ötlete az volt, hogy a természetes módon rendelkezésre álló hatalmas mennyiségű antarktiszi jeget neutrínóteleszkóppá lehet alakítani" - mondta Michael Moloney, az American Institute of Physics vezérigazgatója. "Ezután évtizedeken át vezette azt az erőfeszítést, amely ezt az ötletet IceCube-bá alakította, és amely ma rendkívüli ablakot nyit a világegyetemre és annak néhány legtávolabbi és legnagyobb energiájú jelenségére. Ez a díj a fizika egyik nagyszerű, visszatérő történetét emeli ki: amikor alapvetően új módot találunk a természet megfigyelésére, gyakran teljesen új kérdéseket fedezünk fel, amelyekről korábban még azt sem tudtuk, hogy feltehetjük őket."
Mindez azonban nem tette egyszerű feladattá a műszerek mélyen a jégbe történő beágyazását. Miután glaciológusokkal konzultáltak, Halzen és csapata úgy döntött, hogy kilométer mély lyukakat hoznak létre egy forró vizet használó "fúróval", amely megolvasztja a jeget, majd egy hosszú kábelt engedtek le a lyukba, amelyre fényérzékelők sorozatát erősítették. Az első ilyen neutrínóobszervatórium neve AMANDA volt. A kezdeti eredmények kiábrándítóak voltak, mivel a jég felső részén annyi buborék volt, hogy a fény szétszóródott, és elmosott a neutrínók pályájával kapcsolatos minden lényeges információt. 1400 méter alatt azonban a jég nagyon tiszta volt. Az AMANDA azonban nem fedett le elegendő térfogatot ahhoz, hogy megbízhatóan érzékelje a neutrínókat, ezért végül az IceCube vette át a helyét.
"Az volt a hozzáállásunk, hogy 'tanulmányozzuk a jeget, tervezzünk egy forróvizes fúrót, és megnézzük működik-e'" - mondta Halzen tavaly az American Physical Societynek, amikor megkapta az APS Medal for Exceptional Achievement in Research kitüntetést. "A jégnek átlátszónak kellett lennie, a Madisonban kifejlesztett fúrási módszereknek működniük kellett, és képesnek kellett lennünk a háttérzaj kiszűrésére. Kicsiben kezdtük, és saját magunk legnagyobb meglepetésére mindegyik akadályt leküzdöttük. És hirtelen már rendelkezésünkre álltak az eszközök egy egy köbkilométeres detektor megépítéséhez. Az AMANDA és az IceCube kalandjának csaknem 40 éve alatt senki sem mondta nekünk, hogy ez érdektelen lenne. Valójában a technológiáról volt szó."
Az IceCube több száz, kosárlabda méretű optikai érzékelőből álló tömböket tartalmaz, amelyeket mélyen az antarktiszi jégbe temettek: egy teljes köbkilométernyi jégben 86 kábel között összesen 5160 fényérzékelőt helyeztek el. Azokon a ritka alkalmakkor, amikor egy áthaladó neutrínó kölcsönhatásba lép a jégben található valamely atom atommagjával, az ütközés töltött részecskéket hoz létre, amelyek ultraibolya és kék fotonokat bocsátanak ki. Az érzékelők ezeket fogják fel.
Bizonyos esetekben az IceCube részecskék és fotonok záporát érzékeli, amikor valami nekicsapódik a jégben található egyik atomnak. Más esetekben a részecskék egyszerűen meglökik az atomokat, és néhány fotont szabadítanak fel. Az IceCube felé azonban nem irányul neutrínóforrás, ehelyett természetes neutrínóforrásokra támaszkodik. Ezek egy része az űr távoli részein keletkezik, és hatalmas távolságokat tesz meg a Földig. Mások akkor keletkeznek, amikor a kozmikus sugarak becsapódnak a légkörbe.
Ha azonban az IceCube kizárólag azokra a neutrínókra támaszkodna, amelyek a detektoron belül léptek kölcsönhatásba az anyaggal, évekbe telne elegendő ütközést összegyűjteni ahhoz, hogy vizsgálatokat lehessen végezni. Ezért az IceCube csapata az egész Földet felhasználta. Az IceCube képes érzékelni a részecskék által megtett pályát, amikor azok oldalról belépve áthaladnak a detektoron. Ezek olyan neutrínók lennének, amelyek érintőlegesen haladtak át a Földön, közvetlenül a Déli-sarknál, és ezért csak nagyon kevés anyaggal léptek kölcsönhatásba.
Az IceCube 2011-ben kezdte meg működését, és felülmúlta a várakozásokat. "A legnagyobb kockázat, amit vállaltunk, az volt, hogy senki sem tudta, vajon az egy köbkilométeres detektor valóban elég nagy-e ahhoz, hogy a légkörünkön túlról, a világegyetemből érkező neutrínókat érzékelje, és ez volt a legnagyobb kérdésünk. De mindössze két évbe telt ennek észlelése" - mondta Halzen a Nobel-díj sajtótájékoztatóján. "Bizonyítékot találtunk arra, hogy más galaxisok szupermasszív fekete lyukaiból érkeznek neutrínók, és olyan erősen ragyognak, hogy amikor a neutrínóégboltra tekintünk, nem látjuk a Tejútrendszert."
2014-ben az IceCube három, korábban soha nem tapasztalt energiájú neutrínót fedezett fel, amelyeket Bertnek, Ernie-nek és Big Birdnek becéztek. 2017-ben a fizikusok egy nagy energiájú neutrínót egy konkrét forrásig, egy távoli galaxisig követtek vissza. A galaxis neve TXS 0506+056, és gyakran "a texasi eseményként" hivatkoznak rá. Ugyanebben az évben az IceCube tudósai egy Standard Modellbeli előrejelzést teszteltek: azt, hogy a neutrínók nagyobb valószínűséggel lépnek kölcsönhatásba az anyaggal magasabb energiákon. A várakozásoknak megfelelően a Földön keresztül érkező neutrínók száma csökkent a tangenciálisan érkezőkhöz képest, és gyakoriságuk az energia növekedésével tovább csökkent.
2022-ben pedig az IceCube tudósai visszakövették azokat az útvonalakat, amelyeken a nagy energiájú kozmikus neutrínók a Föld felé haladtak. Tíz évnyi adat alapos átvizsgálása után bizonyítékot találtak - 79 neutrínó csábító többlete formájában - arra, hogy egy aktív galaxis, a Messier 77 - más néven a Tintahal-galaxis - erős jelölt a nagy energiájú neutrínók kibocsátására. Ez az eredmény egy lépéssel közelebb hozta az asztrofizikusokat ahhoz, hogy megoldják a nagy energiájú kozmikus sugarak eredetének rejtélyét. "A kozmikus sugarak, bárhol is születnek, neutrínókat hoznak létre, de akkoriban fogalmunk sem volt arról, hogy hol vagy hogyan" - mondta Halzen. "Most, hogy neutrínókat látunk, kezdjük meglátni az első kozmikus gyorsítókat, és ez valóban izgalmas."
Az IceCube még nem végzett az új felfedezésekkel. "Ezek a hatalmas energiájú neutrínóink megvannak, de úgy tűnik, hogy az összes fizika, amit végzünk, összhangban van azzal a Standard Modellbeli neutrínófizikával, amelyet ismerünk és szeretünk, mi pedig ezt szeretnénk megtörni" - mondta Halzen. A projekt februárban fejezett be egy jelentős korszerűsítést, amelynek során öt további fényérzékelő-kábelt adtak hozzá a meglévő tömbök alsó középső részéhez, további 600 új fényérzékelővel és kalibrációs műszerekkel együtt. A múlt hónapban a National Science Foundation 53 millió dollárt biztosított a következő öt évre a működés fenntartására.
Ami Halzen jövőbeli kutatási terveit illeti, "egy pályázaton dolgozom, és remélem, hogy ez a díj segít abban, hogy jóváhagyják" - viccelődött a sajtótájékoztatón.