به گزارش خبرنگار بین الملل تابناک، در اعماق یخ‌های قطب جنوب، یکی از بزرگ‌ترین و شگفت‌انگیزترین ابزارهای علمی بشر قرار دارد؛ رصدخانه‌ای که نه برای مشاهده نور ستارگان و کهکشان‌ها، بلکه برای شکار ذراتی طراحی شده است که تقریباً بدون هیچ برهم‌کنشی از میان ماده عبور می‌کنند.
به گزارش گفتمان ما به نقل از Tabnak،
به گزارش خبرنگار بین الملل تابناک، در اعماق یخ‌های قطب جنوب، یکی از بزرگ‌ترین و شگفت‌انگیزترین ابزارهای علمی بشر قرار دارد؛ رصدخانه‌ای که نه برای مشاهده نور ستارگان و کهکشان‌ها، بلکه برای شکار ذراتی طراحی شده است که تقریباً بدون هیچ برهم‌کنشی از میان ماده عبور می‌کنند. رصدخانه نوترینویی آیس‌کیوب (IceCube)، با استفاده از حدود یک کیلومتر مکعب یخ طبیعی در قطب جنوب، امکان آشکارسازی نوترینوهای پرانرژی کیهانی را فراهم کرده و دریچه‌ای کاملاً جدید به سوی شناخت جهان گشوده است؛ دریچه‌ای که پیش از آن، عملاً در اختیار اخترشناسان نبود. نوترینوها از بنیادی‌ترین ذرات طبیعت هستند نوترینوها از بنیادی‌ترین ذرات طبیعت هستند؛ ذراتی بدون بار الکتریکی و با جرم بسیار ناچیز که به‌ندرت با ماده برهم‌کنش می‌کنند. همین ویژگی سبب شده است که میلیاردها نوترینو بتوانند بدون ایجاد هیچ اثری از بدن انسان یا حتی زمین عبور کنند. با این حال، در شرایط خاص و با استفاده از آشکارسازهای بسیار بزرگ، می‌توان برهم‌کنش‌های نادر این ذرات را ثبت کرد. نوترینوهای پرانرژی که در پدیده‌های بسیار خشن و پرانرژی کیهان، مانند محیط اطراف سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم و هسته‌های فعال کهکشانی تولید می‌شوند، اطلاعاتی ارزشمند درباره منشأ پرتوهای کیهانی و سازوکار شتاب‌گیری ذرات در جهان در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند. ایده استفاده از یخ‌های شفاف قطب جنوب برای آشکارسازی نوترینوها، نخستین بار در سال ۱۹۸۸ از سوی فرانسیس هالزن مطرح شد؛ ایده‌ای که در ابتدا بسیار بلندپروازانه و حتی غیرعملی به نظر می‌رسید. اما با توسعه فناوری حفاری عمیق، بررسی ویژگی‌های نوری یخ و طراحی حسگرهای حساس به نور چرنکوف، این طرح به‌تدریج از مرحله نظری عبور کرد و در نهایت به ساخت رصدخانه آیس‌کیوب انجامید. این رصدخانه در سال ۲۰۱۱ به بهره‌برداری رسید و هزاران حسگر نوری را در عمق یخ‌های قطب جنوب مستقر کرد تا برهم‌کنش‌های نادر نوترینوها را ثبت کند. اهمیت این پروژه زمانی بیش از پیش آشکار شد که آیس‌کیوب در سال ۲۰۱۳ نخستین شواهد قطعی از نوترینوهای پرانرژی با منشأ خارج از منظومه شمسی را ارائه کرد. این کشف، آغاز عصر جدیدی در اخترشناسی بود؛ عصری که در آن دانشمندان علاوه بر نور و امواج الکترومغناطیسی، از ذرات بنیادی نیز برای مطالعه جهان استفاده می‌کنند. برخلاف پرتوهای کیهانی باردار که مسیر حرکتشان در میدان‌های مغناطیسی تغییر می‌کند، نوترینوها تقریباً بدون انحراف از منبع خود به زمین می‌رسند و بنابراین می‌توانند اطلاعات مستقیمی درباره محل تولیدشان ارائه دهند. در سال‌های بعد، آیس‌کیوب شواهدی از انتشار نوترینو در ارتباط با منابع اخترفیزیکی مشخص، از جمله بلازار TXS ۰۵۰۶+۰۵۶ و کهکشان فعال NGC ۱۰۶۸، به دست آورد. همچنین در سال ۲۰۲۳، این رصدخانه شواهدی از انتشار نوترینوهای پرانرژی از کهکشان راه شیری ارائه کرد. این یافته‌ها گام‌های مهمی در جهت حل یکی از پرسش‌های دیرینه اخترفیزیک، یعنی منشأ پرتوهای کیهانی، به شمار می‌روند؛ پرسشی که بیش از یک قرن از طرح آن می‌گذرد. همین دستاوردهای علمی و نقش تعیین‌کننده فرانسیس هالزن در شکل‌گیری، توسعه و هدایت پروژه آیس‌کیوب، زمینه‌ساز دریافت جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۶ شد. آکادمی سلطنتی علوم سوئد این جایزه را به پاس «مشارکت‌های تعیین‌کننده در رصدخانه نوترینویی آیس‌کیوب و کشف نوترینوهای پرانرژی با منشأ اخترفیزیکی» به او اعطا کرد. این جایزه در واقع تجلیل از یک دستاورد علمی است که نه‌تنها ابزار جدیدی برای مشاهده جهان فراهم کرده، بلکه شاخه‌ای تازه از اخترشناسی را بنیان نهاده است. فرانسیس هالزن، فیزیک‌دان بلژیکی-آمریکایی، در سال ۱۹۴۴ در شهر تینن بلژیک متولد شد. او تحصیلات دانشگاهی خود را در دانشگاه کاتولیک لوون بلژیک آغاز کرد و در سال ۱۹۶۹ مدرک دکتری فیزیک خود را از این دانشگاه دریافت کرد. پژوهش‌های اولیه او در حوزه فیزیک ذرات بنیادی و ساختار هادرون‌ها متمرکز بود؛ زمینه‌ای که بعدها در توسعه مطالعات او درباره نوترینوها و برهم‌کنش‌های بنیادی نقش مهمی ایفا کرد. هالزن در سال ۱۹۷۱ به دانشگاه ویسکانسین-مدیسن در ایالات متحده پیوست و از سال ۱۹۷۲ فعالیت دانشگاهی خود را در این دانشگاه ادامه داد. او در طول دهه‌های بعد به یکی از چهره‌های برجسته فیزیک ذرات و اخترفیزیک ذرات تبدیل شد و در زمینه نظریه برهم‌کنش‌های بنیادی، فیزیک نوترینوها و پدیده‌های پرانرژی کیهانی پژوهش‌های گسترده‌ای انجام داد. کتاب «کوارک‌ها و لپتون‌ها» که با همکاری آلن مارتین تألیف کرده است، از منابع شناخته‌شده آموزش فیزیک ذرات بنیادی به شمار می‌رود. مهم‌ترین بخش فعالیت علمی هالزن، از اواخر دهه ۱۹۸۰، به ایده آشکارسازی نوترینوهای کیهانی در یخ‌های قطب جنوب اختصاص یافت. او با هدایت طرح آماندا (AMANDA)، که پیش‌درآمد پروژه آیس‌کیوب بود، امکان‌پذیری استفاده از یخ‌های طبیعی را برای ثبت برهم‌کنش‌های نوترینوها بررسی کرد و سپس نقش کلیدی در طراحی، توسعه و ساخت رصدخانه آیس‌کیوب ایفا کرد. هالزن به‌عنوان پژوهشگر اصلی پروژه، سال‌ها تلاش علمی و مهندسی را هدایت کرد تا سرانجام این رصدخانه در سال ۲۰۱۱ به بهره‌برداری رسید. دستاوردهای علمی او پیش از دریافت نوبل نیز با جوایز معتبر متعددی از جمله جایزه بالزان در سال ۲۰۱۵ و جایزه برونو روسی در سال ۲۰۲۱ مورد تقدیر قرار گرفته بود. با دریافت جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۶، نام فرانسیس هالزن در کنار دانشمندانی قرار گرفته است که با ایده‌ها و ابزارهای نوآورانه خود، مرزهای شناخت بشر از جهان را گسترش داده‌اند. پروژه آیس‌کیوب نمونه‌ای برجسته از پیوند نظریه علمی، نوآوری مهندسی و همکاری بین‌المللی است؛ پروژه‌ای که نشان داد چگونه می‌توان از یک محیط طبیعی، یعنی یخ‌های قطب جنوب، برای ساخت یکی از بزرگ‌ترین ابزارهای علمی جهان بهره گرفت. در ادامه، گفتگوی خبرنگار تابناک با پروفسور فرانسیس هالزن، برنده جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۶، درباره دلایل دریافت این جایزه، اهمیت پروژه آیس‌کیوب، دستاوردهای اخترشناسی نوترینویی و افق‌های پیش روی این حوزه را می‌خوانید. *شما نخستین بار در سال ۱۹۸۸ ایده آشکارسازی نوترینوها در یخ‌های قطب جنوب را مطرح کردید. واکنش اولیه جامعه علمی به این ایده چه بود و در سال‌های طولانی توسعه پروژه، پیش از تکمیل آیس‌کیوب در سال ۲۰۱۱، چه چیزی انگیزه شما را حفظ کرد؟ این ایده به‌عنوان طرحی خلاقانه و تخیلی مورد استقبال قرار گرفت که احتمالاً هرگز عملی نخواهد شد. ما از موانعی که برای ساخت آشکارساز باید بر آن‌ها غلبه می‌کردیم، آگاه بودیم و به‌تدریج یکی پس از دیگری آن‌ها را پشت سر گذاشتیم: ویژگی‌های یخ، توسعه فناوری حفاری و حذف پس‌زمینه‌های گسترده ناشی از نوترینوهای جوی. این مسیر آن‌قدرها هم طولانی به نظر نمی‌رسید؛ زیرا در تمام مراحل، هیجان و شور فراوانی وجود داشت. * کشف نوترینوهای کیهانی پرانرژی در سال ۲۰۱۳، حوزه‌ای کاملاً جدید از اخترشناسی را گشود. از دیدگاه شما، مهم‌ترین بینشی که از طریق اخترشناسی نوترینویی درباره جهان به دست آورده‌ایم و دستیابی به آن صرفاً با مشاهدات الکترومغناطیسی غیرممکن بود، چیست؟ ما نخستین منابع پرتوهای کیهانی را شناسایی می‌کنیم و شروع به شناخت محل و چگونگی شتاب‌گیری آن‌ها می‌کنیم. این آغاز حل یک پرسش صدساله است. آیس‌کیوب یک ابزار اکتشافی برای کشف پدیده‌های جدید است * آیس‌کیوب از آن زمان تاکنون منابع مشخصی از نوترینوهای اخترفیزیکی را شناسایی کرده است؛ از جمله بلازار TXS ۰۵۰۶+۰۵۶ در سال ۲۰۱۸ و شواهد انتشار نوترینو از کهکشان NGC ۱۰۶۸ در سال ۲۰۲۲. چقدر به شناسایی مستمر و معمول منابع منفرد نوترینوهای کیهانی، به‌جای صرفاً آشکارسازی یک پس‌زمینه پراکنده، نزدیک شده‌ایم؟ آیس‌کیوب یک ابزار اکتشافی برای کشف پدیده‌های جدید است. برای انجام اخترشناسی واقعی، به آشکارسازهای نوترینویی بیشتر و بزرگ‌تر نیاز خواهیم داشت. این آشکارسازها هم‌اکنون در مرحله برنامه‌ریزی قرار دارند. پروژه ارتقای آیس‌کیوب به ما امکان می‌دهد خود نوترینوها را مطالعه کنیم *با تکمیل اخیر پروژه ارتقای آیس‌کیوب (IceCube Upgrade) و برنامه‌های در دست اجرا برای آیس‌کیوب نسل دوم (IceCube-Gen۲)، مهم‌ترین پرسش‌های حل‌نشده در اخترفیزیک نوترینو که نسل آینده آشکارسازها قصد پاسخ‌گویی به آن‌ها را دارد، چیست؟ پروژه ارتقای آیس‌کیوب ابزاری را فراهم کرده است که به ما امکان می‌دهد خود نوترینوها را مطالعه کنیم و احتمالاً فیزیک منشأ جرم آن‌ها را آشکار سازیم.
