Pot un cub de gel fer avançar la física d’una manera tan decisiva que faci merèixer el premi Nobel a la persona que en va tenir la idea? Si hagués fet aquesta pregunta la setmana passada, la resposta hauria estat segurament que no. Però aquest dimarts, la Reial Acadèmia de Ciències de Suècia, que decideix el Premi Nobel de Física cada any, va respondre amb un eixordador sí, guardonant el professor Francis Halzen amb la totalitat del premi de 2026. És el primer cop des del 1992, quan el guanyador va ser Georges Charpak, que el premi Nobel distingeix un sol individu, fet que demostra la potència de l’avenç que ha suposat el treball de Halzen al voltant de la detecció de partícules gairebé fantasma, com són els neutrins provinents de fonts còsmiques distants.
Primer, deixeu-me situar una mica qui és Francis Halzen. Va néixer el 1944 a Tienen, un petit municipi de la regió de Brabant, a Bèlgica. Es va graduar i doctorar a la Universitat Catòlica de Lovaina. Seguidament, va treballar entre el 1969 i el 1972 al CERN, i a partir d’una estada de sis mesos el 1972 a la Universitat de Wisconsin-Madison, va decidir continuar la seva carrera allà, on encara segueix treballant. Va ser director de l'Institut de Recerca en Física de Partícules Elementals de la universitat des del 1984, Gregory Breit Professor des del 1987 i Vilas Research Professor des del 2021. Ja en la dècada del 1970, Halzen va destacar en el desenvolupament de la física dels raigs còsmics i de les astropartícules. Va publicar nombrosos articles pioners sobre anomalies dels raigs còsmics i la matèria de quarks, així com sobre les relacions entre la física de partícules i els raigs còsmics, les partícules procedents de supernoves i la producció de muons en cascades atmosfèriques de raigs gamma.
A principis dels anys 80, Halzen es va assabentar que un grup de científics russos intentava detectar espurnes elèctriques derivades de la col·lisió dels neutrins còsmics amb el gel de l'Antàrtida utilitzant antenes de ràdio a la seva estació de recerca antàrtica. Els neutrins són unes partícules elementals que interactuen molt rarament amb la matèria. En qualsevol segon, milers de milions de neutrins ens travessen, travessen la Terra i viatgen d’un cantó a l’altre de l’univers. Com que tenen càrrega neutra, tampoc es veuen afectats pels camps electromagnètics. Així doncs, els neutrins de molt alta energia que es produeixen al voltant de forats negres supergegants, en col·lisions d’estels de neutrons o en explosions d’hipernoves arriben fins a la Terra impol·luts, a diferència dels fotons d’alta energia, que poden ser absorbits per la pols o poden interactuar amb la nostra atmosfera. Observar aquests esdeveniments còsmics mitjançant els neutrins permetria obrir una nova finestra i obtenir nous coneixements sobre els processos físics que hi tenen lloc.
L’experiment rus va despertar l’interès de Halzen, però ràpidament va determinar que l’esforç rus no funcionaria, ja que aquestes interaccions serien massa febles per ser registrades per les antenes de ràdio. Va seguir un altre camí i el 1987 va començar a treballar en una idea que semblava un pèl boja aleshores: el projecte AMANDA. Halzen proposava enterrar una matriu de sensors de llum a gran profunditat dins del gel antàrtic. En aquest medi transparent, fosc, estable, estèril i lliure de llum de fons, s’hi pot detectar la llum blava de la radiació Txerenkov que es produeix quan un neutrí còsmic col·lideix amb un nucli d’un àtom d'hidrogen o d’oxigen que formen el gel. El principi no era nou, ja que és el mateix que Davis Jr. i Bahcall van utilitzar en l’experiment Homestake a finals dels 60 per detectar els neutrins procedents del Sol, i que el Kamiokande va tornar a usar a principis dels 80. Però l’escala era completament diferent, ja que els altres experiments estaven limitats per la mida del tanc de líquid que es pot situar a gran profunditat, i en el cas d’AMANDA s’usa l’espessa capa de gel que recobreix tot el continent antàrtic. I aquest límit és molt important, ja que com més volum s’encabeix, més possibilitats hi ha de detectar els neutrins de més alta energia, ja no provinents del Sol, sinó situats a milers d’anys llum de nosaltres.
AMANDA es va construir sota la base Amundsen-Scott dels Estats Units, situada al mateix pol sud geogràfic de la Terra, al bell mig de l’Antàrtida, i va estar en funcionament entre el 1996 i el 2005. Aquest experiment va permetre demostrar que la idea de Halzen funcionava, ja que va arribar a detectar neutrins de més de 50 GeV que entren a la Terra pel pol nord i interactuen amb el gel del pol sud just quan estan a punt de marxar de nou cap a l’espai. I és així que, gràcies a l’èxit d’AMANDA, Halzen va reunir els fons i les institucions necessàries per posar en marxa una versió més ambiciosa de la seva idea: el Telescopi IceCube.
Les dimensions d’aquest telescopi desafien totalment tot el que s’havia fet fins aleshores en aquest camp. Es tracta de 91 línies de 60 detectors cadascuna, distribuïdes en un cub d’un quilòmetre de costat, i que penetren en el gel per portar els detectors a una profunditat d'entre els 1.450 i els 2.450 metres. La construcció va començar el 2005, al mateix lloc que AMANDA, durant l’estiu austral, de novembre a febrer, quan a la base hi ha 24 hores de llum solar, i es va completar el 2010. Des d’aleshores ha estat en funcionament i l’èxit ha estat rotund. Només amb tres anys de funcionament, el 2013 es va anunciar que havien aconseguit detectar 28 neutrins que probablement es van originar fora del sistema solar, entre els quals hi ha un parell de neutrins d'alta energia en el rang dels petaelectronvolts, fet que els converteix en els neutrins de més energia descoberts fins ara. Aquests nombres no han parat de créixer des d’aleshores i les energies dels neutrins detectats han superat les expectatives.
En els 16 anys que fa que funciona, l'IceCube ha estat capaç, entre altres fites, de detectar emissions de neutrins provinents del nostre pla galàctic, de localitzar l’origen d’un neutrí en un blàzar situat en la direcció de la constel·lació d’Orió, a més de 3.700 milions d’anys llum, i de detectar l’emissió de neutrins del forat negre supermassiu situat al cor de la galàxia Messier 77.
No és d’estranyar, doncs, que finalment els Nobels s’hagin fixat en aquest gran cub de gel i en el seu impulsor, encara avui dia al peu del canó, Francis Halzen. Estem només als inicis de l’obertura d’aquesta finestra cap a l’univers, que sens dubte ens permetrà respondre a moltes preguntes que ens fem sobre els esdeveniments més energètics i violents del cosmos, però que també ens permetrà entendre millor aquestes partícules tan evasives com són els neutrins i, de retruc, tot el món subatòmic i quàntic. Lligar aquests dos mons, el macroscòpic —governat per la relativitat general— i el microscòpic —governat per la física quàntica— és el camí per poder arribar a l’anhel d’una nova gran teoria física que ha de reconciliar el que ara sembla irreconciliable.
Només queda, doncs, felicitar efusivament el professor Halzen per aquest premi tan merescut i el comitè Nobel per una elecció tan brillant.