- Belgialainen fyysikko Francis Halzen sai fysiikan Nobelin suurienergisten neutriinojen tutkimuksesta.
- Halzenin idea johti Etelänavan jäähän rakennetun IceCube-observatorion valmistumiseen vuonna 2011.
- Löytö avasi uuden tavan tutkia maailmankaikkeuden voimakkaimpia ja yhä tuntemattomia ilmiöitä.
Fysiikan Nobel-palkinnolla palkittu belgialainen Francis Halzen esitti vuonna 1988 vallankumouksellisen ajatuksen: Etelänavan jäätikköä voisi käyttää havaitsemaan neutriinoja, jotka syntyvät kaukaisissa, äärimmäisen suurienergisissä, kosmisissa tapahtumissa.
Idea osoittautui nerokkaaksi. Etelänavan jää tarjoaa tutkijoille ainutlaatuiset olosuhteet. Alue on vapaa mittauksia häiritsevistä tekijöistä, geologisesti vakaa eikä siellä esiinny maanjäristyksiä.
Halzenin ajatus sai pian tukea tiedeyhteisöltä. Ensimmäiset anturikokeilut tehtiin vain muutama vuosi oivalluksen jälkeen.
Haamuhiukkaset ympärillämme
Neutriinot ovat erikoisia hiukkasia. Niitä on kaikkialla ympärillämme, mutta ne läpäisevät maapallon ja ihmiskehon huomaamatta.
Vain hyvin harvoin yksittäinen neutriino törmää atomiytimeen tavalla, joka voidaan havaita.
Juuri tämä harvinaisuus tekee neutriinoista tutkijoille erityisen arvokkaita.
Toisin kuin monet muut hiukkaset, neutriinot eivät muuta suuntaansa tai menetä energiaansa matkallaan avaruudesta Maahan. Ne kantavat mukanaan tietoa suoraan lähteestään.
Tietoa ei voida saada millään muulla menetelmällä.
Avaruudessa toimii luonnollisia hiukkaskiihdyttimiä, joiden tuottamien hiukkasten energia voi olla jopa miljoona kertaa suurempi kuin mikään maanpäällinen laboratorio pystyy saavuttamaan.
Näiden mystisten lähteiden tarkka luonne ja sijainti ovat olleet pitkään tiedeyhteisön arvoitus.
Hazel kehitti observatorion Etelänavalle
Halzenin visio johti IceCube Neutrino Observatoryn rakentamiseen vuonna 2011.
Käytännössä observatorio on kuutiokilometrin kokoinen, jääalueeseen asennettu valoilmaisinverkosto. Kun neutriino törmää atomiytimeen, syntyy valonvälähdys, jonka herkät anturit pystyvät havaitsemaan kirkkaassa jäätikköjäässä.
Pian valmistumisen jälkeen tutkijat havaitsivat ensimmäiset suurienergiset neutriinot. Muutaman vuoden kuluttua tiedeyhteisö pystyi vahvistamaan merkittävän löydön: osa havaituista neutriinoista oli peräisin kaukaa, aurinkokuntamme ulkopuolelta.
Tämä löydös avasi oven kokonaan uudenlaiselle tähtitieteen alalle – maailmankaikkeuden neutriinolähteiden kartoittamiselle.
Avaa kuvien katselu
Nobel-komitean kuvaus IceCube Observatorystä ja neutronien osumisesta atomiytimiin. Kuva: Johan Järnestad/The Royal Swedish Academy of SciencesUranuurtaja ja johtaja
Nobel-komitea myönsi fysiikan Nobel-palkinnon Halzenille hänen merkittävästä panoksesta sekä IceCube-neutriino-observatorion rakentamisessa että astrofyysistä alkuperää olevien korkeaenergisten neutriinojen löytämisessä.
Lisäksi fysiikan Nobel-komitean puheenjohtaja Mark Pearce kuvaili Halzenin työn merkitystä.
– Francis Halzen on johtanut kansainvälistä tutkijoiden ja insinöörien ryhmää, joka on antanut käyttöömme fantastisen tutkimuslaitteen. Hänen sinnikkyytensä ja tieteellinen näkemyksensä ovat avanneet tien uudenlaiselle tähtitieteelle, Pearce sanoo komitean tiedotteessa.
Halzen itse osallistui palkinnonjakotilaisuuteen etäyhteydellä Italiasta. Hän painotti vaatimattomasti, että hänestä työ neutriinojen salaisuuksien paljastamisessa sekä IceCube ovat olleet monen ihmisen yhteistyön tulosta.
Palkinnon jakoivat fysiikan Nobel-komitean jäsenet Ellen Moons, Mark Pearce sekä Eva Olsson
Halzenin palkinto on viides Nobel-palkinto, joka liittyy neutriinojen tutkimiseen.
Helsingin yliopiston teoreettisen hiukkasfysiikan professori Anca Tureanu oli iloinen Halzenin palkitsemisesta.
– Halzen oli ensimmäinen, joka käytti neutriinoja tutkiakseen signaaleja oman galaksimme ulkopuolelta. Se vei meidät valoastronomiasta, jota on tehty satoja vuosia, uuteen aikaan.
Tureanu näkisi kuitenkin mielellään, että kokeellisen hiukkasfysiikan tutkijoiden lisäksi myös astrofysiikan teoreetikkoja, kuten vaikkapa Bruno Pontecorvoa, nostettaisi esille. Pontecorvo ennusti vuonna 1967, että neutriinot oskilloivat ”makuaan” eli muuttavat tyyppiään, kun ne etenevät tyhjiössä.
– Kun hän teki ennustuksensa, ei ollut mitään syytä ajatella niin, Tureanu tähdentää.
Tällä hetkellä Yhdysvaltojen Wisconsinin yliopistossa professorina työskentelevä Halzen oli vuonna 1982 Helsingin yliopistossa professorina tanskalaisen teoreettisen fysiikan tutkimuslaitos Norditan kautta.
Sittemmin hän on käynyt Suomessa puhumassa työstään esimerkiksi Jyväskylän yliopistossa 80-luvun alussa ja Turussa European Cosmic-Ray symposiumissa vuonna 2010. Hän oli myös mukana neutriino- ja gammasäteilyä tutkivassa kansainvälisessä työpajassa Muoniossa 2011.
Ikkuna maailmankaikkeuden saloihin
IceCube jatkaa työtään kahden kilometrin syvyydessä Etelänavan jäässä. Se havaitsee jatkuvasti uusia neutriinoja. Jokainen havainto tuo tutkijoille lisää tietoa äärimmäisistä kosmisista olosuhteista, joissa suurienergisiä neutriinoja syntyy.
Tutkijat uskovat, että tulevat havainnot voivat paljastaa myös täysin ennennäkemättömiä, kosmisia ilmiöitä, joista ihmiskunnalla ei ole vielä mitään tietoa.
Ironista kyllä, Etelänapa, joka voi maallikolle näyttää vain jäätyneeltä erämaalta, on osoittautunut ikkunaksi maailmankaikkeuden syvimpiin salaisuuksiin.
Onko sinulla meille juttuvinkki? Voit lähestyä toimitusta luottamuksella.