Resumo:
Anunciado o Prêmio Nobel de Física de 2026! Francis Halzen, físico teórico belga e professor da Universidade de Wisconsin-Madison, detém sozinho o troféu inteiro do Prêmio Nobel. O motivo do prêmio foi o reconhecimento de sua "contribuição decisiva para o Observatório de Neutrinos IceCube e a descoberta de neutrinos de alta energia de fontes astrofísicas". O prêmio em dinheiro de 12 milhões de coroas suecas pertence todo a ele!
Os físicos chineses Xue Qikun e Ye Jun, que ganharam dois prêmios Nobel antes do jogo, não conseguiram vencer desta vez.
Este prêmio é concedido integralmente a um físico teórico que já foi considerado um "louco" por todos.
A última vez que o prêmio de física foi concedido a apenas uma pessoa foi em 1992. Houve um intervalo de 34 anos.
Porque há 38 anos ele propôs uma ideia maluca e incrível:
Vá até o Pólo Sul, o lugar mais frio e desesperador do planeta, e perfure um quilômetro cúbico inteiro de uma geleira de dez mil anos de idade, transformando-a em um supertelescópio que captura partículas misteriosas nas profundezas do universo!
Mais tarde, ele relembrou esse incidente passado e disse com muita franqueza: "Acho que outros devem ter pensado na mesma ideia e depois desistido. Se eu não soubesse nada sobre as propriedades ópticas do gelo natural na época, provavelmente também desistiria."
Hoje, esta ideia não só mudou a dimensão da observação humana do universo, mas finalmente alcançou a maior glória da física.
Com este "Cubo de Gelo" enterrado nas profundezas do gelo, a humanidade confirmou pela primeira vez:
Há neutrinos de alta energia voando de lugares muito distantes do sistema solar!
O que é ainda mais interessante é que, há dois anos, o Prémio Nobel da Física foi atribuído a Hopfield e Hinton, que lançaram as bases para a aprendizagem automática.
E uma das descobertas mais atraentes deste telescópio sob o gelo, a imagem de neutrinos da nossa Via Láctea, foi obtida a partir de dados massivos usando aprendizagem automática.
O "fantasma" do universo: neutrinos
Em primeiro lugar, devemos primeiro conhecer o protagonista de hoje: o neutrino.
Ilustração oficial do Prêmio Nobel: Neutrinos voando em linha reta e penetrando no gelo da Antártida
Não tem carga elétrica, tem massa quase nula e dificilmente interage com qualquer matéria. Conhecido como o "Fantasma Cósmico". Neste momento, cerca de 65 mil milhões de neutrinos do Sol passam pelas nossas unhas.
Por que os cientistas precisam procurá-lo? Porque os neutrinos são os “mensageiros” mais perfeitos do universo.
Ao contrário da luz e dos raios cósmicos, não é afetado por campos magnéticos e viaja em linha absolutamente reta; ao mesmo tempo, tem um poder de penetração extremamente forte e não será bloqueado por nuvens de poeira ou radiação.
Mesmo na borda de um buraco negro supermassivo nas profundezas do universo, desde que sejam produzidos neutrinos de alta energia, eles podem voar em linha reta através de centenas de milhões de anos-luz, "expressando" informações originais sobre eventos extremos no universo para a Terra.
Se os humanos conseguirem capturar esses neutrinos de alta energia, isso será equivalente a ter um par de "olhos transparentes" que podem ver através do universo, permitindo que os humanos realizem "tomografias computadorizadas" do universo.
Os raios cósmicos são desviados pelo campo magnético, os raios gama são bloqueados pela poeira e os neutrinos voam para a Terra em linha reta
Uma ideia extremamente maluca - ir à Antártida para cortar gelo!
O problema é que é muito difícil de capturar.
A grande maioria dos neutrinos passa diretamente pelo detector. Se o número de neutrinos for grande o suficiente e o alvo (meio de detecção) que preparamos for suficientemente espesso e numeroso, sempre haverá alguns neutrinos que “atingirão” o núcleo alvo.
Para haver colisões suficientes como essa, o detector teria que ser ridiculamente grande.
Quando neutrinos de alta energia colidem violentamente em um meio, são produzidas partículas carregadas (como múons).
A velocidade destas partículas carregadas que viajam através do meio excederá a velocidade de propagação da luz no meio, produzindo assim um fenómeno óptico semelhante a um "boom sónico" - radiação Cherenkov, que emite uma fraca luz azul.
Desde que coloquemos sensores ópticos suficientes e sensíveis num ambiente extremamente escuro para capturar estas luzes azuis, podemos deduzir a direcção em que os neutrinos estão a voar.
No início, os cientistas queriam usar a água do mar como meio. Mas a bioluminescência do fundo do mar (como as águas-vivas) e os materiais radioativos naturais podem produzir muito ruído.
Neste momento, Francis Halzen apareceu.
Francis Halzen, 82 anos este ano
Na década de 1980, enquanto estudava raios cósmicos, ele ouviu notícias de que cientistas soviéticos planejavam usar receptores de rádio para capturar sinais de neutrinos na Antártida.
Uma inspiração maravilhosa de repente passou pela mente de Halzen: Por que vamos para o mar? Por que não usar apenas o gelo da Antártida?
O manto de gelo da Antártica tem vantagens únicas:
Grande o suficiente
: Existem infinitas camadas de gelo natural, que atendem plenamente às necessidades de construção de superdetectores.Escuro e puro o suficiente
: Há escuridão absoluta nas profundezas do gelo, sem criaturas luminosas e sem interferência de correntes oceânicas complexas.Estabilidade absoluta do estado sólido
: Congele os sensores no gelo e eles permanecerão absolutamente imóveis para sempre, o que é crucial para calcular com precisão as trajetórias das partículas.Em 1988, Halzen e seu colega John G. Learned propuseram formalmente a ideia de construir um observatório de neutrinos sob o gelo da Antártica.
No início, a ideia parecia ficção científica. Mas Harzen fez lobby em todos os lugares e finalmente reuniu uma equipe e deu início aos anos de "contratante polar" mais duros da história da humanidade.
Um quilômetro cúbico de "Ice Cube" e lâmpada de ré
Construir um observatório na Antártica não é tão simples quanto montar uma tenda.
Em 1993, a equipe de Halzen iniciou uma tentativa preliminar na Antártica (projeto AMANDA).
No início, eles encontraram enormes contratempos: o gelo raso estava cheio de bolhas e a luz não conseguia ser transmitida. Mas eles não desistiram, e os glaciologistas apontaram que quanto mais fundo cavassem, a pressão intensa comprimiria as bolhas na estrutura cristalina do gelo.
Com certeza, quando perfuraram abaixo de 1.400 metros, um milagre aconteceu: o gelo aqui era extremamente puro e transparente. O flash azul produzido pela colisão de neutrinos pode penetrar centenas de metros de gelo sem qualquer obstáculo!
Com o apoio da National Science Foundation (NSF), a construção do IceCube foi lançada oficialmente em 2004. É uma maravilha da engenharia.
Os engenheiros usaram brocas de água quente de alta pressão para derreter poços verticais com mais de dois quilômetros de profundidade na extremamente fria camada de gelo da Antártica.
Cada vez que um poço é perfurado, eles precisam correr contra o tempo para afundar um cabo extra longo cheio de sensores ópticos avançados até o fundo do poço antes que a água congele novamente.
Eles instalaram um total de 86 desses cabos; havia até 5.160 sensores esféricos pendurados nos cabos.
Harzen certa vez descreveu com humor esses sensores como "lâmpadas que funcionam ao contrário" - esses sensores capturam fótons fracos, convertem-nos em sinais elétricos e os transmitem de volta à superfície.
Os cabos estão dispostos em uma enorme disposição hexagonal, cobrindo gelo a uma profundidade de 1.450 a 2.450 metros. Dessa forma, os cientistas circularam um pedaço inteiro de gelo puro com volume de um quilômetro cúbico e peso de um bilhão de toneladas dentro do manto de gelo da Antártica. Este é o "Cubo de Gelo".
Em 2011, com o último cabo instalado, o maior “telescópio” do planeta foi oficialmente concluído.
No laboratório Ice Cube, no Pólo Sul, os sinais vindos de baixo do gelo são coletados aqui e depois transmitidos via satélites
Ele não olha para o céu estrelado, mas está enterrado nas profundezas do subsolo; não coleta luz visível, mas escuta os passos de fantasmas cósmicos dia e noite.
Diagrama do Cubo de Gelo: neutrinos atingem núcleos atômicos no gelo, e o flash de luz é registrado por uma série de sensores
De 100 milhões de sinais falsos todos os dias, 100 são verdadeiros
Construir um telescópio é apenas o começo. A verdadeira dificuldade é identificar neutrinos cósmicos a partir dos dados.
Os raios cósmicos penetram na atmosfera acima da Antártica e mais de 100 milhões de partículas penetram no gelo todos os dias e são registradas por sensores.
Os neutrinos também são gerados na atmosfera. O IceCube registra cerca de 100.000 neutrinos todos os anos, e a maioria deles é produzida na atmosfera terrestre.
De acordo com as expectativas teóricas, apenas cerca de 100 pessoas realmente vêm das profundezas do universo por ano.
Em 2013, ocorreu um avanço histórico!
Em 2013, a equipa procurou um tipo de neutrinos com maior energia em dois anos de dados e encontrou dois eventos com energias superiores a 1 PeV, nomeadamente 1,04 PeV e 1,14 PeV. Esta é a primeira descoberta confirmada de neutrinos astrofísicos de alta energia vindos de fora do sistema solar.
Esta caça interestelar que dura décadas finalmente se concretizou.
Ajustando o método de análise desses dois eventos, a equipe encontrou 28 neutrinos cósmicos de alta energia no mesmo lote de dados. Em 2014, a significância estatística atingiu 5,7σ, sendo descartadas explicações de fontes puramente atmosféricas.
Em 22 de setembro de 2017, o IceCube capturou um neutrino de cerca de 290TeV. Em um minuto, um alerta foi enviado ao mundo.
Telescópios de todo o mundo concentraram-se imediatamente nessa coordenada e o resultado foi de arrepiar os cabelos: havia um blazar (TXS 0506+056) que explodia loucamente – uma galáxia ativa com um buraco negro supermassivo no seu centro!
Esta é a primeira vez que os humanos ligam neutrinos de alta energia a uma fonte cósmica exata.
Em 2022, o IceCube encontrou 79 neutrinos vindos da direção da galáxia ativa NGC 1068. O buraco negro supermassivo está envolto em gás espesso e poeira, e os raios gama medidos são muito fracos, mas neutrinos saem.
Em 2023, o IceCube viu pela primeira vez a nossa Via Láctea em neutrinos.
O que fez a diferença desta vez foi o aprendizado de máquina. Os colaboradores do IceCube na Universidade Técnica de Dortmund, na Alemanha, desenvolveram um método de aprendizagem automática para identificar a “cascata” de eventos produzidos pelos impactos dos neutrinos, enquanto reconstroem a sua direção e energia.
Depois de usar o novo método, mais de uma ordem de magnitude de eventos de neutrinos foram retidos, e a sensibilidade de busca foi aumentada para três vezes a original. A equipe usou cerca de 60.000 neutrinos de 10 anos de dados para descobrir como é a Via Láctea.
Halzen disse na época:
Curiosamente, ao contrário de qualquer comprimento de onda de luz, nos neutrinos o universo distante é mais brilhante do que as fontes próximas na nossa galáxia.
No início deste ano, o IceCube utilizou 12 anos de dados para aumentar o sinal da Via Láctea para 5,7σ. A Via Láctea tornou-se assim a primeira fonte de neutrinos de alta energia a cruzar o limiar de descoberta 5σ.
Pouco antes do anúncio deste Prémio Nobel em 2026, a equipa do IceCube divulgou um resultado de grande sucesso: finalmente viram claramente o brilho de neutrinos de alta energia emitido pela própria Via Láctea! Isso significa que finalmente estamos usando os neutrinos como pincel para pintar uma nova visão da Via Láctea.
Abra sozinho uma nova era de "multimensageiros"
Agora, esse velho teimoso, obcecado em capturar fantasmas com gelo desde a década de 1980, finalmente deu início ao seu momento de coroação.
Mark Pearce, presidente do Comitê do Prêmio Nobel de Física, comentou——
A equipe internacional liderada por Francis Halzen nos forneceu um instrumento maravilhoso. Sua tenacidade e visão científica abriram caminho para um tipo completamente novo de astronomia.
Sim, este é o início da era da "astronomia multimensageira".
Olhando para o céu estrelado hoje, podemos não apenas "ver" com a luz e "ouvir" com as ondas gravitacionais, mas também podemos usar neutrinos de alta energia capturados pelo IceCube para "ver através" diretamente do núcleo escuro mais violento do universo.
Atualmente, o "Ice Cube-Gen2", que foi ampliado oito vezes, está em planejamento.
Uma rede global de captura de neutrinos está se abrindo lentamente no Mar Mediterrâneo, no Oceano Pacífico e no projeto “TRIDENT” da China no Mar do Sul da China.
Neste momento, os 65 bilhões de neutrinos que passam pelas suas unhas viajaram pelo vazio sem fim, passaram pelas vicissitudes da vida e correram direto para a terra.
No ponto mais meridional da Terra, há um grupo de terráqueos românticos e malucos, em um quilômetro cúbico de gelo escuro e puro, com os olhos bem abertos, apenas esperando por este vislumbre deslumbrante que se estende por centenas de milhões de anos.
Este pode ser o romance mais extremo da exploração humana do universo.
Prestemos homenagem ao ganhador do Prêmio Nobel de Física de 2026, Francis Hartzen!
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