Francis Halzen erhält Nobelpreis für Physik für IceCube-Neutrino-Arbeit

Ein Nobelpreis für ein neues Fenster zum Kosmos

Francis Halzen hat den Nobelpreis für Physik für seine Beiträge zum IceCube-Neutrino-Observatorium und für die Entdeckung hochenergetischer Neutrinos astrophysikalischen Ursprungs erhalten. Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften gab die Auszeichnung am Dienstag in Stockholm bekannt und ehrte damit ein Werk, das Wissenschaftlern eine Möglichkeit eröffnet hat, das Universum mithilfe nahezu masseloser Teilchen statt mit Licht zu erforschen.

Halzen, der 82 Jahre alt und in Belgien geboren ist, ist mit der University of Wisconsin–Madison verbunden, der führenden Institution hinter dem IceCube-Projekt. Das Observatorium selbst ist eine Forschungseinrichtung am Südpol in der Antarktis, wo ein riesiges Eisvolumen genutzt wird, um Spuren von Teilchen aus den Tiefen des Weltraums einzufangen.

Die Anerkennung rückt jahrzehntelangen geduldigen Instrumentenbau und Datenanalyse in das Zentrum der modernen Astrophysik – eines Feldes, das Halzen in Bereiche hinein erweitern half, die konventionelle Teleskope nicht erreichen können.

Lob vom Nobelkomitee

Mark Pearce, Vorsitzender des Nobelkomitees für Physik, beschrieb Halzens Beitrag in umfassenden Worten. In einer Pressemitteilung sagte Pearce, Halzen habe ein internationales Team von Forschern und Ingenieuren geleitet, die gemeinsam „ein fantastisches Instrument“ bereitgestellt hätten, und fügte hinzu, seine Beharrlichkeit und wissenschaftliche Vision hätten den Weg für eine neue Art der Astronomie geebnet.

Diese Formulierung – eine neue Art der Astronomie – erfasst den Kern der Auszeichnung. Statt Photonen zu sammeln, sammelt IceCube Neutrinos, Teilchen, die Planeten, Sterne und menschliche Körper nahezu völlig unbemerkt durchdringen.

Halzens Reaktion: Überraschung und etwas Seltsames

Halzen sprach am Dienstag aus Italien telefonisch mit dem Nobelkomitee. Er sagte, die Bekanntgabe sei eine große Überraschung gewesen und er habe sie offensichtlich nicht erwartet. Er merkte auch an, dass Menschen in der Vergangenheit vorhergesagt hätten, dass er den Preis gewinnen würde, doch die tatsächliche Bekanntgabe hinterließ bei ihm dennoch ein Gefühl, das er mit dem Wort seltsam beschrieb.

Versuche der Associated Press, ihn zu erreichen, waren zunächst nicht erfolgreich.

Die Physik hinter dem Preis

Geisterteilchen, die alles durchströmen

Neutrinos sind winzige kosmische Teilchen mit einer so geringen Masse, dass sie kaum zu begreifen ist. Sie sind zugleich allgegenwärtig. Sie strömen aus Sternen einschließlich der Sonne, und Billionen von ihnen durchdringen jede Sekunde den menschlichen Körper, ohne irgendein Anzeichen ihres Durchgangs zu hinterlassen.

Weil sie so selten wechselwirken, können Wissenschaftler Neutrinos nicht einfach auf ihrem Weg betrachten. Stattdessen messen Forscher, was in den seltenen Fällen geschieht, in denen eines dieser geisterhaften Teilchen mit einem anderen Stück Materie kollidiert. Diese Kollisionen erzeugen Lichtblitze oder geladene Teilchen – indirekte Hinweise darauf, dass überhaupt ein Neutrino vorhanden war, und einen Anhaltspunkt darüber, woher es kam und wie viel Energie es trug.

Boten aus dem Kosmos

Halzen konzentrierte seine Aufmerksamkeit auf eine seltene Gruppe von Neutrinos, die Wissenschaftler als Boten aus dem Kosmos betrachten. Diese Teilchen tragen Informationen darüber, wie sich das Universum entwickelt hat, und bieten einen Beobachtungskanal, der sich von den elektromagnetischen Signalen unterscheidet, auf die sich die traditionelle Astronomie stützt. Indem Forscher sie einfangen, können sie gewaltsame und weit entfernte Phänomene untersuchen, die sonst verborgen blieben.

Der Bau eines Detektors am Ende der Welt

Das Instrument im Zentrum der Auszeichnung ist anders als alles in einem konventionellen Observatorium. IceCube befindet sich im Eisschild am Südpol, einem Ort, der wegen seiner extremen Bedingungen und wegen der Klarheit und des Volumens des Mediums gewählt wurde, das er bietet. Dort, tief unter der Oberfläche, sucht der Detektor nach den schwachen Signaturen, die zurückbleiben, wenn ein Neutrino wechselwirkt.

Halzens Forschung zum Einfangen von Neutrinos am Südpol reicht bis in die 1980er Jahre zurück. Dieser Zeitraum erstreckt sich über rund vier Jahrzehnte – von einer Idee, die viele für undurchführbar hielten, bis zu einer funktionierenden Einrichtung, die von einer internationalen Kollaboration betrieben wird, mit der University of Wisconsin–Madison als führender Institution.

Der Umfang des Unterfangens erklärt, warum das Nobelkomitee sowohl Vision als auch Ausdauer betonte. Der Einsatz und Betrieb eines Detektors in der Antarktis erfordert Technik, die einer der härtesten Umgebungen der Erde standhalten kann, sowie anhaltende Zusammenarbeit von Forschern und Ingenieuren aus vielen Institutionen und Ländern.

Warum die Auszeichnung über eine einzelne Entdeckung hinaus bedeutsam ist

Der Preis hebt einen Wandel darin hervor, wie Astronomie betrieben wird. Während des größten Teils ihrer Geschichte machte das Feld Fortschritte, indem es Licht über das Spektrum sammelte – sichtbar, Radio, Infrarot, Röntgen und Gammastrahlung. Die Neutrino-Astronomie fügt eine grundlegend andere Art von Signal hinzu, eines, das von einigen der energiereichsten Prozesse der Natur erzeugt wird.

Weil Neutrinos selten wechselwirken, können sie Regionen entkommen, in denen Licht blockiert oder absorbiert würde, und Informationen über enorme Entfernungen tragen. Diese Eigenschaft macht sie als kosmische Boten wertvoll und macht die Detektoren, die zu ihrem Einfang gebaut wurden, wertvoll als Teleskope eines völlig neuen Typs.

Der Preis selbst

Der diesjährige Physikpreis ist mit einer Auszeichnung von 12 Millionen schwedischen Kronen dotiert, was ungefähr 1,2 Millionen US-Dollar entspricht. Die Summe ist dieselbe, ob sie an einen einzelnen Preisträger, eine kleine Gruppe von Preisträgern oder eine Organisation geht.

Im vergangenen Jahr teilten sich drei Wissenschaftler den Nobelpreis für Physik. Die diesjährige Bekanntgabe, die in Stockholm von der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften gemacht wurde, rückt einen einzelnen Forscher und ein einzelnes, jahrzehntelanges Projekt in den Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses.

Die wichtigsten Punkte auf einen Blick

• Preisträger: Francis Halzen, 82, geboren in Belgien und verbunden mit der University of Wisconsin–Madison.
• Begründung: Beiträge zum IceCube-Neutrino-Observatorium und die Entdeckung hochenergetischer Neutrinos astrophysikalischen Ursprungs.
• Einrichtung: IceCube befindet sich am Südpol in der Antarktis, mit der University of Wisconsin–Madison als führender Institution.
• Ursprünge: Halzens Arbeit zum Einfangen von Neutrinos am Südpol reicht bis in die 1980er Jahre zurück.
• Preisgeld: 12 Millionen schwedische Kronen, etwa 1,2 Millionen US-Dollar.
• Bekanntgabe: erfolgte durch die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm.

Was das Komitee betonte

Die Erklärung des Nobelkomitees konzentrierte sich weniger auf eine einzelne Messung als auf die Schaffung einer Fähigkeit. Indem Halzen ein internationales Team zusammenstellte und leitete, das einen funktionierenden Detektor lieferte, half er, die Infrastruktur zu etablieren, die kosmische Neutrinoforschung möglich macht – und trug damit, so der Vorsitzende des Komitees, dazu bei, eine neue Art des Blicks auf das Universum voranzutreiben.

Für einen Forscher, dessen Arbeit in den 1980er Jahren begann, kommt die Auszeichnung als Krönung. Die Teilchen, denen er eine ganze Karriere lang nachjagte, sind unsichtbar, nahezu masselos und fast unmöglich zu stoppen. Seit Dienstag sind sie zudem Gegenstand eines Nobelpreises.

Dieser Artikel basiert auf Berichterstattung von Phys.org. Lesen Sie den Originalartikel.