哈尔岑获诺贝尔物理学奖：他把南极的冰变成了捕捉幽灵粒子的望远镜

この文を聞く数秒の間に、約10億個のニュートリノがあなたの手を通過していますが、あなたは全く感じません。

ニュートリノは電荷を持たず、質量はほぼ無視できるほど小さく、弱い相互作用しかしないため、壁や山、さらには地球全体をも通り抜け、ほとんどの場合、原子一つにも衝突しません。

物理学者たちは、これに「幽霊粒子」という非常に的確なニックネームをつけました。

10月6日、スウェーデン王立科学アカデミーは、2026年のノーベル物理学賞を82歳のベルギー出身の物理学者、フランシス・ハルツェン氏に授与すると発表しました。「アイスキューブ・ニュートリノ天文台への決定的な貢献、

および天体物理学的源からの高エネルギーニュートリノの発見」に対してです。

注目すべき点があります。1992年にフランスの物理学者ジョルジュ・シャルパク氏が受賞して以来、物理学賞を単独で受賞したのは初めてです。

ハルツェン氏は1944年、ベルギーのティーンエンで生まれ、1969年にルーヴェン大学で博士号を取得し、1972年からアメリカのウィスコンシン大学マディソン校で教鞭をとり、そこで半世紀以上を過ごしました。

彼の貢献を一言で言えば、「クレージー」なアイデア一つに集約されます。

ニュートリノは物質とほとんど反応しないため、それを捉える唯一の方法は、途方もなく巨大な検出器を用意し、量で確率を稼ぐことです。

1988年、ハルツェン氏は「南極の氷をそのまま使ってみたらどうか」と提案しました。

南極深部の氷は数万年の圧縮を経て極めて純粋で透明であり、それ自体が天然で無料の検出媒体となります。

この構想が現実になるまで、20年以上の歳月を要しました。

科学者たちはアムンゼン・スコット南極基地付近で、熱水を使って氷に86本の深い穴を開け、それぞれの穴に一連の光センサーを下ろし、合計5,160個を設置しました。

氷面下約1,450メートルから2,450メートルの間に広がり、整整1立方キロメートルの氷を覆っています。

アイスキューブは2010年12月に完成し、総工費は2億7,900万ドルでした。背景には、14カ国、50以上の機関から集まった450人以上の研究者がいます。

検出の原理は実は非常にエレガントです。

まれに、ニュートリノが氷中の原子核に衝突し、帯電した粒子を生成します。この粒子は氷中での光速よりも速く移動するため、淡青色の光を発します。物理学ではこれをチェレンコフ放射と呼びます。

センサーはこの光が異なる位置に到達する時間の前後を記録し、そこからニュートリノのエネルギーと到来方向を逆算できます。

ブレークスルーは、多くの人々が予想していたよりも早く訪れました。

2013年、アイスキューブが本格稼働を開始してわずか2年で、チームは太陽系外から来た28個の高エネルギーニュートリノの発見を発表しました。これは人類が初めて宇宙深部からのニュートリノの捕捉を確認した瞬間でした。

2018年、彼らは一つの高エネルギーニュートリノを、地球から約40億光年離れたブレーザー（中心に超大質量ブラックホールを持ち、ジェットが地球に向いている銀河）に遡って特定しました。

2023年、アイスキューブは再び、ニュートリノを用いて銀河系の画像を初めて描き出しました。

これらの成果の意義は、新しい窓を開いたことにあります。

何世紀もの間、天文学はほぼ光だけに依存してきました。可視光、電波、X線などです。

しかし光は塵によって遮られたり吸収されたりしますが、ニュートリノはほぼ妨げられることなく、宇宙の最も過酷な環境からの情報をそのまま地球へ運びます。

さらに2015年から検出され始めた重力波を加えると、現代の天文学者は光、ニュートリノ、重力波を同時に用いて同じ事象を観測できます。これがいわゆるマルチメッセンジャー天文学です。

ノーベル委員会がハルツェン氏を「全く新しい天文学」の開拓者と呼んだのは、まさにこのことを指しています。

最後に、私たち自身に関する話を少ししましょう。

先週、ウルフ賞を受賞したイェ・ジュン氏について取り上げ、ウルフ賞がノーベル賞の先行指標であり、彼にチャンスがあると述べました。

結果として、今年の物理学賞はハルツェン氏に贈られました。

先行指標はあくまで先行指標ですが、この二人を並べて見るのは興味深いものです。一人は宇宙の年齢ほどの時間でも一秒も狂わない精度で時間を測定し、もう一人は1立方キロメートルの南極の氷を望遠鏡に変えました。

両者とも、極限の忍耐をもって、私たちが普段まったく感じ取れないものを測定しているのです。

もしあなたが南極の氷の中に検出器を作れるとしたら、それで宇宙の何を「聴いて」みたいですか？