Il Nobel per la Fisica 2026 premia un telescopio sepolto a 2 km sotto il ghiaccio del Polo Sud

Gli acceleratori di particelle più potenti dell’universo non si trovano sulla Terra, e per decenni nessuno è stato in grado di dire dove fossero. Francis Halzen è andato a cercarli in un chilometro cubo di ghiaccio sotto il Polo Sud, cablato con migliaia di sensori di luce per catturare le particelle più elusive della fisica. L’Accademia Reale Svedese delle Scienze gli ha ora conferito il Premio Nobel per la Fisica per quel rivelatore e per ciò che ha scoperto, e non deve condividerlo con nessuno.

Il rivelatore si chiama IceCube, e ha catturato i primi neutrini di alta energia noti per provenire da ben oltre il sistema solare. I neutrini non hanno carica elettrica e hanno una massa quasi nulla; circa 65 miliardi di neutrini solari attraversano ogni secondo la vostra unghia senza toccare un singolo atomo. Poiché viaggiano in linea retta e attraversano polvere, gas e campi magnetici, i rari neutrini cosmici puntano direttamente ai luoghi violenti in cui sono nati. Questo li rende un nuovo tipo di telescopio, capace di guardare in regioni da cui la luce non può uscire.

Halzen, fisico belga dell’Università del Wisconsin-Madison, è stato premiato «per i contributi decisivi all’Osservatorio di Neutrini IceCube e alla scoperta dei neutrini di alta energia di origine astrofisica». È la prima persona in 34 anni a vincere da sola il premio per la fisica, e si tiene tutti i 12 milioni di corone svedesi. «Francis Halzen ha guidato un team internazionale di ricercatori e ingegneri che ci hanno fornito uno strumento fantastico. La sua tenacia e la sua visione scientifica hanno aperto la strada a un nuovo tipo di astronomia», ha dichiarato Mark Pearce, presidente del Comitato per il Nobel per la Fisica.

Perché serve un ghiacciaio per trovare un acceleratore cosmico

Lo spazio è attraversato da raggi cosmici, per lo più protoni nudi, e alcuni arrivano con energie fino a un milione di volte superiori a quelle raggiungibili in qualsiasi laboratorio sulla Terra. Qualcosa là fuori li accelera, forse stelle che esplodono o i getti di buchi neri supermassicci. I protoni non possono rivelare il colpevole, perché i campi magnetici ne curvano il percorso fino a qui, quindi quando colpiscono la nostra atmosfera la loro direzione non significa nulla.

Gli stessi processi che accelerano i protoni dovrebbero produrre anche neutrini, e i campi magnetici non li deviano. Il problema è che i neutrini interagiscono quasi mai con nulla. Nel raro caso in cui colpiscano un nucleo atomico, producono una particella carica che sfreccia attraverso il materiale ed emette un debole bagliore blu. In un mezzo trasparente, i sensori possono registrare quel lampo e ricostruire da dove è arrivato il neutrino. I neutrini cosmici sono così rari che serve un volume trasparente enorme per catturarne anche solo una manciata.

L’idea di Halzen era che la calotta glaciale antartica fosse già quel volume. A grande profondità è permanentemente buia, priva di organismi viventi che interferirebbero con i rivelatori oceanici, a bassa radioattività e geologicamente stabile, senza terremoti.

Come hanno fatto

Il piano sembrava irrealizzabile. Le squadre hanno dovuto sciogliere buchi profondi più di un chilometro con una trivella ad acqua calda che funziona come un elaborato soffione per doccia, poi calare cavi rivestiti di sensori di luce nell’acqua prima che si ricongelasse. Halzen descrive ogni sensore come una lampadina al contrario: assorbe luce e la trasforma in un segnale elettrico. Tutta la costruzione doveva essere completata nella breve estate antartica, tra novembre e febbraio.

Il primo tentativo, un array più piccolo chiamato AMANDA, ha quasi affondato l’idea. Alla profondità in cui sono stati inseriti i primi sensori, il ghiaccio era pieno di minuscole bolle d’aria che disperdevano la luce in ogni direzione, così un lampo perdeva la sua direzione entro mezzo metro. Più in profondità il quadro è cambiato completamente. Sotto circa 1.400 metri il ghiaccio si è rivelato talmente trasparente che la luce di una collisione di neutrini poteva viaggiare per 300 metri, molto più di quanto chiunque si aspettasse.

IceCube ha ampliato quella lezione. I suoi 86 cavi pendono tra 1.450 e 2.450 metri sotto la superficie, distanti 125 metri l’uno dall’altro, ciascuno con 60 sensori distanziati di 17 metri, per un totale di 5.160 sensori. Il chilometro cubo di ghiaccio strumentato pesa circa un miliardo di tonnellate. L’osservatorio è gestito dalla National Science Foundation statunitense e gestito da una collaborazione di circa 450 persone provenienti da 58 istituzioni in 14 paesi.

I lampi che lo hanno dimostrato

La maggior parte di ciò che IceCube vede è rumore. Più di 100 milioni di muoni creati dai raggi cosmici nell’atmosfera sopra l’Antartide raggiungono i sensori ogni giorno, e qualche centinaio di neutrini prodotti nell’atmosfera dall’altra parte del pianeta arrivano dopo aver attraversato l’intera Terra. Per isolare il segnale cosmico, il team tratta lo strato esterno del rivelatore come uno scudo di veto e trattiene solo i neutrini che si accendono all’interno del nucleo, lontano dai bordi.

I primi due eventi convincenti sono emersi per caso, durante una ricerca di particelle ancora più energetiche. Ciascuno depositava circa un petaelettronvolt, un milione di miliardi di elettronvolt, più di cento volte l’energia che il Large Hadron Collider conferisce a ciascuno dei suoi protoni. Quei due hanno portato il team a 28 neutrini di alta energia negli stessi due anni di dati, e un campione più ampio ha poi escluso un’origine atmosferica con una confidenza statistica di 5,7 sigma, oltre la soglia dei 5 sigma che i fisici usano per rivendicare una scoperta.

Il salto rispetto alla precedente astronomia dei neutrini è enorme. I neutrini che valsero il premio Nobel per la Fisica a Raymond Davis Jr e Masatoshi Koshiba provenivano dal Sole e da una supernova a 160.000 anni luce di distanza, con energie circa un miliardo di volte inferiori. Il neutrino più energetico mai rilevato da IceCube finora trasportava circa 11,4 petaelettronvolt.

Cosa il premio non risolve

IceCube ha dimostrato che esiste un flusso costante di neutrini cosmici, ma non ha mostrato da dove provenga la maggior parte di essi. I migliori candidati restano tali. Un neutrino è arrivato dalla direzione di un blazar in fiamme chiamato TXS 0506+056, una galassia il cui buco nero spara un getto verso la Terra, e una ricerca nei dati più vecchi ha trovato un’esplosione precedente dallo stesso punto a 3,5 sigma, ben al di sotto della forza di una scoperta.

La singola fonte più forte finora è la galassia attiva NGC 1068, nota anche come M77, a 46 milioni di anni luce di distanza nella costellazione della Balena. IceCube ha contato 79 neutrini dalla sua direzione, a 4,2 sigma. Il testo di base del comitato Nobel stesso afferma che questa evidenza non è ancora abbastanza solida per definire NGC 1068 una fonte confermata.

C’è anche la questione del merito. IceCube è opera di centinaia di scienziati e ingegneri, e il premio Nobel per la Fisica può essere assegnato solo a singoli individui. Il comitato ha scelto Halzen come la persona che ha inventato il concetto, lo ha progettato e lo ha guidato come investigatore principale attraverso la costruzione e il funzionamento.

Domande comuni sul Premio Nobel per la Fisica 2026

Chi ha vinto il Premio Nobel per la Fisica 2026?

Francis Halzen dell’Università del Wisconsin-Madison lo ha vinto da solo, per il suo ruolo decisivo nella costruzione dell’Osservatorio di Neutrini IceCube e per la scoperta dei neutrini di alta energia dallo spazio. È nato a Tienen, in Belgio, e riceve l’intero premio di 12 milioni di corone svedesi.

Cos’è un neutrino?

Un neutrino è una particella subatomica senza carica elettrica e con massa quasi nulla. Interagisce così debolmente con la materia che miliardi di essi attraversano il vostro corpo ogni secondo senza essere notati.

Come fa IceCube a rilevare i neutrini?

Quando un neutrino colpisce un nucleo atomico nel ghiaccio, crea una particella carica che emette una debole luce blu mentre viaggia. Più di 5.000 sensori sepolti tra 1.450 e 2.450 metri di profondità registrano il lampo, e lo schema della luce rivela l’energia e la direzione della particella.

Perché costruire un telescopio per neutrini al Polo Sud?

Il ghiaccio profondo antartico è estremamente trasparente, permanentemente buio, privo di organismi viventi e geologicamente stabile. La stazione Amundsen-Scott South Pole esistente ha inoltre fornito la logistica, l’energia e il personale necessari per perforare i buchi e costruire un rivelatore largo un chilometro.

Da dove provengono i neutrini cosmici?

Nessuno lo sa ancora con certezza. IceCube ha visto neutrini dal piano della nostra stessa Via Lattea e ha indicato la galassia attiva NGC 1068 e il blazar TXS 0506+056 come probabili fonti, ma nessuna di queste spiega la maggior parte del flusso.

Quando è successo, e cosa verrà dopo

Halzen e il suo collega John G. Learned presentarono per la prima volta il concetto del Polo Sud a una conferenza in Polonia nel 1988. Halzen ricorda di aver aspettato la vigilia di Natale del 1993, con il computer in grembo, la notizia che il primo cavo di AMANDA era nel ghiaccio. La National Science Foundation statunitense approvò i fondi per IceCube nel 2002, il rivelatore fu completato nel 2011 e la prima evidenza di neutrini cosmici fu pubblicata nel 2013. I neutrini di alta energia dalla Via Lattea sono arrivati nel 2023.

I successori stanno già prendendo forma: KM3NeT nel Mediterraneo, Baikal-GVD nel Lago Bajkal, P-ONE al largo di Vancouver Island e TRIDENT nel Mar Cinese Meridionale. Al Polo Sud, è iniziata la pianificazione per IceCube-Gen2, che coprirebbe circa otto chilometri cubi di ghiaccio. Halzen riceverà la sua medaglia a Stoccolma il 10 dicembre.

Riferimento: IceCube Collaboration, “Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector,” Science, 2013. DOI: 10.1126/science.1242856

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