Francis Halzen – fizyk z Noblem, który nigdy nie stanął na lodzie swojego teleskopu

Francis Halzen

Urodzony	23 marca 1944 Tienen, Belgium
Zawód	Fizyk
Nagrody	Nagroda Balzan · Nagroda Cocconi · Nagroda Juliusa Wessa

Francis Halzen nigdy nie stanął na lodzie, który przyniósł mu sławę. Przez dziesięciolecia fizyk z University of Wisconsin–Madison przekonywał, że blok antarktycznego lodowca pod biegunem południowym, naszpikowany czujnikami światła, może wykrywać cząstki wyrzucane przez najbardziej gwałtowne obiekty we Wszechświecie. Pisał wnioski i kierował zespołem, który zbudował detektor. Wiercenie i prace prowadzone w kolejnych sezonach należały do innych. Tej jesieni Królewska Szwedzka Akademia Nauk przyznała mu Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki — i tylko jemu — za obserwatorium zbudowane wspólnym wysiłkiem setek naukowców i inżynierów.

Ta samotność jest najbardziej zaskakującym elementem tej historii. Nagrody z fizyki zwykle trafiają do dwóch lub trzech osób, a IceCube to przedsięwzięcie, w którym uczestniczą zespoły z ponad tuzina krajów. Halzen sam przedstawia początki projektu jako łańcuch przypadków. „Wciągnął mnie w to przypadek” — powiedział w wywiadzie historii mówionej dla American Institute of Physics. Spośród czterech założycieli tylko on miał wcześniej na koncie napisanie wniosku projektowego.

Jego droga na biegun południowy zaczęła się daleko od lodu. Urodził się 23 marca 1944 roku w Tienen, miasteczku w Brabancji Flamandzkiej. Studiował fizykę na Katolickim Uniwersytecie w Leuven, gdzie w 1966 roku uzyskał tytuł magistra, a w 1969 — doktora. Jego rozprawa, napisana po niderlandzku, dotyczyła łamania symetrii hadronów. Następnie przez dwa lata pracował jako współpracownik naukowy w CERN, europejskim laboratorium fizyki cząstek pod Genewą, po czym wyjechał za Atlantyk do Madison, gdzie pracuje już od ponad pół wieku.

W Wisconsin zajmował się teoretyczną fizyką kwarków i zderzeń w akceleratorach. W 1977 roku został profesorem zwyczajnym, a w 1984 roku objął stanowisko dyrektora uniwersyteckiego Institute for Elementary Particle Physics Research, które piastuje do dziś. W tym samym roku opublikował wraz z brytyjskim fizykiem Alanem D. Martinem książkę Quarks and Leptons, która szybko stała się standardowym podręcznikiem fizyki cząstek. Jego zainteresowania zwracały się już w stronę promieni kosmicznych, które bombardują Ziemię energiami nieosiągalnymi dla jakiegokolwiek laboratorium.

W 1987 roku usłyszał o radzieckim planie wykrywania neutrin w antarktycznym lodzie za pomocą anten radiowych. Uznał, że sygnał będzie zbyt słaby, ale sam lód nie dawał mu spokoju. Neutrina nie mają ładunku i niemal nie mają masy. Przelatują przez całą planetę, nie zatrzymując się — właśnie dlatego są tak użyteczne: docierają po linii prostej z miejsca, w którym powstały. W rzadkich przypadkach, gdy neutrino uderza w jądro atomu, powstaje naładowana cząstka, która emituje słaby, niebieski błysk. Halzen zaproponował, by wypatrywać takich błysków w czystym, ciemnym i stabilnym lodzie pod biegunem. W 1988 roku przedstawił ten pomysł na konferencji w Polsce wspólnie z Johnem Learnedem, który kierował pracami nad podwodnym detektorem u wybrzeży Hawajów. „Wygłosiłem referat o koncepcji AMANDA […] tylko po to, żeby sprawdzić, czy ktoś nie wyśmieje mnie ze sceny” — wspominał. Nikt się nie zaśmiał.

Projekt pilotażowy AMANDA zaczął nabierać kształtów około 1990 roku. Pracowała nad nim niewielka grupa fizyków, w tym Bob Morse, współpracownik Halzena z Wisconsin i formalny kierownik projektu. O mało co nie pogrzebał on całego pomysłu. W pobliżu powierzchni lód był pełen drobnych pęcherzyków powietrza, które tak silnie rozpraszały światło, że błysk niemal natychmiast tracił kierunek. Głębiej lód okazał się znacznie bardziej przejrzysty, niż ktokolwiek przewidywał. AMANDA dowiodła, że tą metodą można wykrywać neutrina, a prawdziwy teleskop musi być znacznie większy i sięgać głębiej.

W 2001 roku Halzen został kierownikiem projektu IceCube, następcy AMANDA. Po sześciu latach pracy ekip, które wytapiały otwory gorącą wodą i opuszczały do nich ciągi czujników, zanim woda ponownie zamarzła, obserwatorium ukończono w 2011 roku. Zajmuje ono kilometr sześcienny wyposażonego w aparaturę lodu, w którym na głębokości od około 1450 do 2450 metrów umieszczono 5160 modułów optycznych. W 2013 roku współpraca naukowa opublikowała pierwsze dowody na istnienie wysokoenergetycznych neutrin spoza Układu Słonecznego — cząstek o energii znacznie większej niż energia osiągana w Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN. Magazyn Physics World uznał to odkrycie za przełom roku. Późniejsze badania wskazały na neutrina pochodzące z rozbłyskującego blazara TXS 0506+056, aktywnej galaktyki NGC 1068, a w 2023 roku — z płaszczyzny naszej własnej Drogi Mlecznej.

W uzasadnieniu Nobla mowa o „decydującym wkładzie” — i nie jest to przypadkowe sformułowanie. Halzen jest teoretykiem i, jak sam przyznaje, nigdy nie pojechał na Antarktydę, ani w czasach AMANDA, ani później. Esej opublikowany po ogłoszeniu werdyktu przez American Institute of Physics przekonywał, że „nie należy postrzegać go jako jedynej siły napędowej ani głównego pomysłodawcy”, a książka Marka Bowena o projekcie, The Telescope in the Ice, znaczną część historii poświęca takim osobom jak Morse i specjalista od wiercenia w lodzie Bruce Koci. Halzen tego nie kwestionuje. „Nie zostałbym kierownikiem projektu, gdyby mi tego nie zaproponowali” — powiedział, wspominając, że tuż przed uruchomieniem finansowania ostrzeżono go, iż projekt nie ruszy bez niego na stanowisku kierownika. W badaniach pozostaje też luka: IceCube dowiódł, że istnieje stały strumień neutrin kosmicznych, ale źródła większości z nich wciąż nie zidentyfikowano. Nawet najsilniejszy kandydat, NGC 1068, został zaobserwowany z pewnością statystyczną niższą od progu, który fizycy uznają za wystarczający, by ogłosić odkrycie.

Informacja ogłoszona 6 października 2026 roku zastała go we Włoszech, kilka dni po tym, jak opowiadał o IceCube na festiwalu naukowym w Bergamo. „To była ogromna niespodzianka, zupełnie się tego nie spodziewałem” — powiedział przez telefon podczas konferencji prasowej w Sztokholmie. Jest pierwszym od 1992 roku laureatem, który otrzymał nagrodę z fizyki samodzielnie, jedenastym belgijskim noblistą i pierwszym czynnym członkiem kadry University of Wisconsin, który zdobył Nobla od 1975 roku. Wcześniej, w tym samym roku, American Physical Society przyznało mu medal za wybitne osiągnięcia badawcze, a w 2024 roku został wybrany do US National Academy of Sciences.

Potraktował nagrodę jako atut. „Pracuję nad pewnym wnioskiem i mam nadzieję, że ta nagroda pomoże w uzyskaniu zgody” — powiedział dziennikarzom w Madison, wywołując śmiech. Jego zespół już planuje IceCube-Gen2 — rozbudowę obserwatorium do około ośmiu kilometrów sześciennych lodu, której pełna budowa nie ma jeszcze zapewnionego finansowania. Tymczasem konkurencyjne teleskopy neutrinowe powstają na Morzu Śródziemnym i w jeziorze Bajkał. Halzen, który ma dziś 82 lata, odbierze medal w Sztokholmie 10 grudnia. Projekt, który — jak sam mówił — nazywano kiedyś „uroczym pomysłem”, który „nigdy nie zadziała”, nadal rejestruje błyski w ciemności, a większość miejsc, z których przybywają, wciąż nie ma nazwy.

Tagi: Nobel Prize, fizyka, IceCube, Francis Halzen, neutrina, Alan D. Martin