مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لهذا العام إلى فرانسيس هالزن “لإسهاماته الحاسمة في مرصد آيس كيوب للنيوترينو واكتشاف النيوترينوات عالية الطاقة ذات الأصل الفيزيائي الفلكي”. وهذه هي المرة الخامسة التي تُمنح فيها جائزة نوبل للعمل على النيوترينوات. في عام 1988، مُنحت الجائزة لاكتشاف نيوترينو الميون، وفي عام 1995 لاكتشاف النيوترينوات، وفي عام 2002 لاكتشاف النيوترينوات الكونية، وفي عام 2015 لتذبذبات النيوترينو. فلماذا نمنح جائزة أخرى لأبحاث النيوترينو؟
ذلك لأن النيوترينوات متقلبة.
على عكس البروتونات والإلكترونات، لا تحتوي النيوترينوات على شحنة كهربائية. يمكنك صنع النيوترينوات عن طريق صدم الجسيمات معًا في المسرع، لكنها لا تظهر في أجهزة الوميض. النيوترونات أيضًا عديمة الشحنة، لكن لها نفس كتلة البروتون تقريبًا ولديها القدرة على التحلل إلى جسيمات مشحونة يمكننا اكتشافها بسهولة. تمتلك النيوترينوات كتلة صغيرة جدًا لدرجة أنه كان يُعتقد منذ فترة طويلة أنها عديمة الكتلة. اتضح أن كتلتها صغيرة جدًا، لكن كتلة النيوترينو الفردي غير محددة. وبدلا من ذلك، تتأرجح كتلتها بين ثلاث حالات! تماما كما لا يمكنك أن تعرف أبدا بالضبط فحيثما يوجد الإلكترون، لا يمكنك أبدًا معرفة الكتلة الدقيقة للنيوترينو. الطريقة الحقيقية الوحيدة لاكتشافها هي عندما تصطدم بجسيم آخر، وبما أنها تتفاعل في الغالب عبر القوة الضعيفة، فإن الاصطدامات نادرة.
رسم توضيحي لمرصد آيس كيوب للنيوترينو. مصدر الصورة: مرصد آيس كيوب للنيوترينو
هناك طريقتان رئيسيتان للكشف عن هذه الجسيمات المزعجة. الأول هو إنشاء مصدر نيوترينو قوي جدًا، مثل شعاع من النيوترينوات من مسرع الجسيمات، وهو ما يشبه تسليط ضوء كشاف على كاشف على بعد مئات الأميال. والطريقة الأخرى هي إحاطة خزان ماء داكن بأجهزة كشف ضوئية. عندما يصطدم النيوترينو بنواة ذرية، فإن وابل الجسيمات الناتج يخلق انفجارًا مميزًا من الضوء يمكن لأجهزة الكشف الضوئي رؤيته.
حتى مع أفضل أجهزة كشف خزانات المياه لدينا، لا يمكننا حقًا رؤية سوى النيوترينوات الشمسية. تشبه الشمس ضوء النيوترينو الطبيعي، وما زلنا بحاجة إلى خزان مياه بسعة 50 ألف طن لرؤية النيوترينوات الشمسية جيدًا. نحن نعلم أن النيوترينوات يتم إنتاجها في جميع أنحاء الكون. من المحتمل أن تكون هناك خلفية كونية للنيوترينو، مشابهة لخلفية الموجات الميكروية الكونية. لا يمكننا اكتشافهم. المرة الوحيدة التي اكتشفنا فيها نيوترينوات من خارج نظامنا الشمسي كانت في عام 1987 عندما أدى انفجار مستعر أعظم في سحابة ماجلان الكبرى إلى اكتشاف حفنة من النيوترينوات في مراصد متعددة حول العالم. هذا كل شيء.
على الأقل حتى أصبح مرصد IceCube Neutrino متاحًا على الإنترنت. كاشفات النيوترينو عبارة عن خزانات كبيرة من الماء لأن أحداث النيوترينو نادرة جدًا. إذا كنت تريد كاشفًا أكثر حساسية، فما عليك سوى بناء خزان أفضل. بالطبع كلمة “فقط” تقوم بالكثير من العمل الثقيل هنا. من الصعب للغاية بناء خزانات كبيرة من الماء عالى النقاء. وبطبيعة الحال، لم يقل أحد أن الماء يجب أن يكون سائلا. قد يكون الجليد مفيدًا أيضًا، إذ يوجد الكثير من الجليد في القطب الجنوبي.
الفكرة وراء IceCube هي استخدام الثلج الموجود بالفعل. فبدلاً من بناء خزان، ما عليك سوى وضع أجهزة كشف في أعماق الغطاء الجليدي في القطب الجنوبي. بهذه الطريقة يقتصر كاشفك فقط على حجم أجهزة الاستشعار البصرية الخاصة بك. ومن خلال بناء IceCube في القطب الجنوبي، يستطيع الكاشف استخدام كتلة من الجليد يبلغ حجمها كيلومترًا مكعبًا. إنه خزان جيجا طن لمراقبة النيوترينوات، وهو حساس بدرجة كافية لمراقبة أحداث النيوترينو الكونية. بفضل IceCube، يمكننا الآن اكتشاف انفجارات نيوترينو المستعرات الأعظم، وأحداث النيوترينو التي ترتبط بإشارات موجات الجاذبية، والنيوترينوات الناتجة عن الأشعة الكونية. لقد منحتنا القدرة على القيام بعلم فلك النيوترينو.
وبما أن آيس كيوب كانت فكرة فرانسيس هالزن، فقد حصل على جائزة نوبل.
مرجع: جائزة نوبل في الفيزياء 2026. الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم. (2026، 6 أكتوبر).
