Jay, envoyé de 凹非寺
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À l'instant, le prix Nobel de physique vient d'être décerné.
Cette fois, il n'y a aucun ex æquo, le lauréat est une seule personne, de l'université du Wisconsin à Madison aux États-Unis.Francis Halzen(Frances Haussen).
Si vous ne connaissez pas cette université, vous connaissez probablement l'un de ses anciens élèves célèbres dans le domaine de l'Internet technologique chinois —
Le fondateur de Pinduoduo,Huang Zheng。
Alors, pourquoi Francis a-t-il reçu ce prix ?
Voici ce que dit officiellement :
En reconnaissance de ses contributions décisives à l'observatoire de neutrinos IceCube en Antarctique, ainsi qu'à la découverte des neutrinos de haute énergie d'origine astrophysique.
Concrètement, il a pris ce qui se trouve à plus de 2000 mètres de profondeur sous la surface de l'Antarctique,1 kilomètre cubeUne couche de glace pure, transformée de force en un appareil conçu pour capturer les particules fantômes de l'universSuper-télescope。。。
Aujourd'hui, il existe même en Antarctique un haut plateau nommé en son honneur, appeléHalzen Mesa。
Pourquoi chasser des « fantômes » dans la glace profonde de l'Antarctique ?
L'univers recèle depuis toujours une énigme ultime qui préoccupe la communauté des physiciens depuis un siècle : d'où sont émis, exactement, ces rayons cosmiques dont l'énergie est incroyablement élevée ?
L'univers abrite des accélérateurs de particules naturels, qui projettent des protons dont l'énergie dépasse de plus d'un million de fois celle des plus puissants accélérateurs des laboratoires terrestres. Mais les protons sont chargés électriquement : en fonçant à travers l'univers, ils sont déviés dans tous les sens par les champs magnétiques interstellaires, et lorsqu'ils atteignent la Terre, personne ne peut déterminer de quelle direction ils proviennent.
Comment peut-on trouver la véritable source ?
Les physiciens tournent leur regard vers les neutrinos.
Les neutrinos sont les particules les plus timides de l'univers : sans charge électrique et de masse minuscule. Chaque seconde, il y en a65 milliardsLes neutrinos provenant du Soleil traversent votre ongle du pouce, et vous ne le sentez absolument pas.
Les endroits où des protons de haute énergie sont accélérés s'accompagnent souvent de neutrinos de haute énergie. Les neutrinos ne portent pas de charge électrique, ne sont pas perturbés par les champs magnétiques et ne sont pas bloqués par la poussière interstellaire ; comme une cible parfaitement droite, ils pointent directement vers leur lieu d'origine dans les profondeurs de l'univers.
Mais comment les attraper ?
Occasionnellement, un neutrino entre en collision avec un noyau atomique, produisant des particules chargées qui émettent une lumière bleue extrêmement faible. Il suffit que le milieu soit suffisamment transparent et de volume suffisamment grand pour que des capteurs photosensibles puissent enregistrer sa trajectoire.
Bien que transparente, la haute mer est animée de bioluminescence vivante et perturbée par les courants marins. Dans les années 1980, Halzen a proposé une idée audacieuse : aller en Antarctique et utiliser la couche de glace naturelle !
Faire fondre à l'eau chaude des puits de 2,5 km de profondeur pour créer un immense œil sous la glace d'1 kilomètre cube
Attraper des particules dans l'Antarctique glacé, cela ressemble à un conte fantastique.
La glace des profondeurs de l'Antarctique est plongée dans l'obscurité totale, sans que des organismes marins ne viennent y troubler les mesures, et sa structure géologique est extrêmement stable, sans interférences sismiques. Le seul problème épineux était le suivant : comment insérer des capteurs dans un glacier épais de plus de deux mille mètres ?
L'équipe de recherche a trouvé une méthode des plus musclées : à l'aide de forets à eau chaude spécialement conçus à haute température, faire fondre dans la glace antarctique des puits profonds de plus de deux mille mètres, puis y plonger rapidement des câbles garnis de capteurs photosensibles.
Halzen comparait ces capteurs à des ampoules inversées : elles n'émettent pas de lumière, mais capturent les signaux lumineux faibles et les convertissent en signaux électriques.
Lorsque l'expérience précurseur AMANDA a démarré, tout le monde était inquiet. La glace de surface regorgeait de microbulles qui dispersaient la lumière dans tous les sens dès qu'elle y pénétrait.
Mais lorsque le foret est descendu à plus de1400 mètresde profondeur, miracle : la pression a écrasé et expulsé toutes les bulles, et la glace en dessous était d'une pureté et d'une transparence stupéfiantes. La lumière bleue produite par les collisions de neutrinos peut même se propager dans la glace sur300 mètresavant d'être absorbée !
Une fois la faisabilité validée, IceCube a officiellement démarré.
À son achèvement en 2011, l'ensemble d'IceCube était enfoui sous la glace antarctiqueentre 1450 et 2450 mètreset composé de86 câbles、et de 5160 capteurs optiques, transformant1 kilomètre cubede glacier naturel en un télescope à neutrinos sans précédent.
Capturer les fantômes de l'univers et ouvrir une porte entièrement nouvelle à l'astronomie
Même avec ce télescope géant, chercher des signaux venus des profondeurs de l'espace reste comme chercher une aiguille dans une botte de foin.
Chaque jour, plus de cent millions de particules de rayons cosmiques issues de l'atmosphère au-dessus de l'Antarctique traversent le détecteur, et des centaines de neutrinos provenant de l'atmosphère de l'autre côté de la Terre le traversent en perforant la croûte terrestre.
Filtrer, au milieu d'un immense bruit de fond, les neutrinos de haute énergie réellement issus de l'univers lointain représente un défi de traitement des données effrayant.
En 2013, l'équipe IceCube a finalement annoncé avoir capturé pour la première fois de manière claire des neutrinos cosmiques de haute énergie provenant de l'extérieur du système solaire. Cette percée a directement remporté le grand prix de la percée de l'année du « Physics World » cette année-là.
Au cours des années suivantes, les preuves clés se sont succédé :
Les scientifiques ont enregistré, en direction de la galaxie activeNGC 1068(M77), 79 signaux candidats de neutrinos, identifiant ainsi une source astrophysique extrême potentielle.
En 2023, l'équipe IceCube a dressé pour la première fois une image des neutrinos de haute énergie du plan de la Voie lactée, permettant à l'humanité de voir pour la première fois la Vue d'ensemble de la Galaxie à travers les yeux des neutrinos.
Après la lumière visible, la radio, les rayons X et les ondes gravitationnelles, la porte de l'astronomie des neutrinos de haute énergie a été entièrement ouverte.
Le lauréat du Nobel : de la physique des hadrons à la construction d'un télescope sous la glace
Ce physicien lauréat du prix Nobel de physique, Francis Halzen, est âgé cette année de 82 ans.
Né en 1944 à Tirnau (Tienen), en Belgique, il a obtenu son doctorat en 1969 à l'Université catholique de Louvain (KU Leuven) en Belgique ; ses premières recherches portaient principalement sur les particules lourdes composées de quarks et sur la brisure de symétrie dans la physique des hadrons.
Après ses recherches postdoctorales, il est parti à l'Université du Wisconsin à Madison, aux États-Unis, où il enseigne depuis 1972 comme professeur au département de physique.
Son manuel classique coécrit, « Quarks and Leptons », a accompagné la formation de plusieurs générations d'étudiants en physique des particules à travers le monde.