Ez beszarás

A legtöbb teleszkóp hegycsúcsokon áll és az eget kémleli, ez a különleges példány azonban nagyjából egy mérföld mélyen, a Déli-sark jege alá fagyva működik, és kedden elnyerte a fizikai Nobel-díjat. A rangos elismerést Francis Halzen, a Wisconsini Egyetem (Madison) belga származású fizikusa kapta, aki az egész koncepcióval még 1988-ban állt elő. A létesítmény az IceCube Neutrínó Obszervatórium nevet viseli, és a szerkezetéből szinte semmi sem látszik a felszínen. Fent csupán egy cölöpökön álló kis laboratórium vehető észre, amely leginkább egy sci-fi film díszletére hasonlít, maga a teleszkóp viszont a mélyben rejtőzik. Ez nem más, mint egy teljes köbkilométernyi jégtömb, amelyet 5160 üvegszenzor hálózata sző át.

A működésének lényege, hogy a világűr folyamatosan különféle dolgokkal bombázza a Földet. A felrobbanó csillagok és a fekete lyukak apró, neutrínóknak nevezett részecskéket lőnek ki magukból. Ezek szinte mindegyike úgy halad át a bolygón, mintha az ott sem lenne. Ritkán azonban előfordul, hogy egy neutrínó mégis ütközik valamivel, ilyenkor pedig egy apró, kék fényvillanást hoz létre. A tiszta, sötét jégben ez a villanás láthatóvá válik. A jégbe fagyott szenzorok rögzítik a fény útvonalát, a vonalat visszafelé követve pedig megállapítható, hogy pontosan honnan érkezett a részecske az égen.

A projekt számokban is lenyűgöző:

• A felső hóréteg alatt az első szenzor 1450 méter, míg az utolsó 2450 méter mélyen helyezkedik el.
• A rendszer 1 köbkilométernyi, azaz több mint egymilliárd tonnányi antarktiszi jeget foglal magába.
• Összesen 5160 üveg fényszenzor lóg 86 kábelre rögzítve.
• A megépítése hét sarkvidéki nyarat vett igénybe 2004 és 2010 között.
• A munkálatokban 14 ország 450 tudósa vett részt.
• Másodpercenként nagyjából 100 billió neutrínó halad át az emberi testen.

A neutrínók a legfélénkebb részecskék, amelyeket a tudomány ma ismer. Nincs töltésük, tömegük szinte elhanyagolható, és anélkül képesek átsuhanni falakon, embereken vagy akár komplett bolygókon, hogy bármihez is hozzáérnének. A fény után ezek a leggyakoribb részecskék a világegyetemben. Az IceCube csapata szerint egy emberméretű detektornak körülbelül száz évet kellene várnia, hogy befogjon egyetlen ilyen részecskét. Halzen zseniális megérzése az volt, hogy az Antarktisz tulajdonképpen már megépítette számára a tökéletes detektort. A sarkpont alatti mély jeget olyan régóta préseli a hatalmas nyomás, hogy a légbuborékok teljesen eltűntek belőle, így a közeg rendkívül tisztává és teljesen sötétté vált. Amikor egy neutrínó nagy ritkán eltalál egy atomot ebben a jégben, olyan részecskéket lök ki, amelyek a jégben a fénynél is gyorsabban mozognak, halvány kék fénycsóvát hagyva maguk után, amely akár több mint egy kilométer hosszú is lehet. A szenzorok ezt a fényt rögzítik, a fizikusok pedig a mintázatból fejtik meg a neutrínó származási helyét.

A rendszer egyik legérdekesebb sajátossága, hogy az ideje nagy részében lefelé néz. Mivel a neutrínók az egyetlen részecskék, amelyek képesek egy egész bolygón áthatolni, logikus, hogy bármi, ami alulról érkezik, csakis neutrínó lehet. Ez a Déli-sarkon működő teleszkóp tehát magát a Földet használja szűrőként az északi égbolt megfigyeléséhez.

A szenzorok mélybe juttatásához a csapat forró vízzel olvasztott magának utat. Egy egyedi fúró nagy nyomású tömlőn keresztül forró vizet lövellt ki, amellyel nagyjából 60 centiméter széles és majdnem 2,5 kilométer mély lyukakat fúrtak a jégbe. Egyetlen lyuk elkészítése körülbelül 48 órát vett igénybe, és mintegy 200 000 gallon (több mint 750 000 liter) jeget változtatott vízzé. Maga a fúrótömlő 25 000 fontot (több mint 11 tonnát) nyomott. A fúrás után sietni kellett a munkálatokkal: a csapat 60 szenzort rögzített egy kábelre, leengedte a vízbe, majd hagyta, hogy a lyuk befagyjon körülötte. Ezt a folyamatot 86 alkalommal ismételték meg. Mivel a munka csak a sarkvidéki nyár folyamán, nagyjából novembertől februárig volt lehetséges, hét szezonra volt szükség a befejezéshez; az utolsó kábelt 2010. december 18-án engedték a mélybe. Ha egy kábel egyszer befagyott, senki sem férhet hozzá többé. Bármilyen javítást a felszínről, szoftveresen kell megoldani, de beszédes adat, hogy az eredeti mintegy 5500 szenzorból azóta kevesebb mint 100 hibásodott meg. A projekt báját növeli, hogy minden egyes kábelnek saját témája van, és minden szenzor saját nevet kapott.

Ami az eddigi eredményeket illeti, az IceCube 2013-ban fogta be az első nagy energiájú neutrínókat jóval a naprendszerünkön túlról, bár ekkor még senki sem tudta azonosítani a forrásukat. Később, 2017. szeptember 22-én egyetlen neutrínó villantotta fel a hálózatot. Az IceCube riasztást adott ki, mire mintegy 20 földi és űrobzervatórium fordult abba az irányba, és együttes erővel visszakövették a jelet a TXS 0506+056 nevű blazárig, amely egy hatalmas fekete lyukat rejtő galaxis központja. 2022-ben egy második galaxist, az NGC 1068-at is azonosították. Végül 2023-ban érkezett el a leglátványosabb áttörés: elkészült az első olyan kép a Tejútrendszerről, amelyet fény helyett neutrínókkal alkottak meg.

Halzen, a projekt atyja 1944-ben született a belgiumi Tienenben, és 1972 óta él Madisonban. Ez a kutatás egy 38 éves utazást jelentett számára az első felvetéstől kezdve a Nobel-díjat bejelentő telefonhívásig. Különleges érdem, hogy 2026-ban egyedül kapta meg a fizikai Nobel-díjat, amire több mint harminc éve nem volt példa. A bizottság hívása Olaszországban érte, a hírt pedig "furcsának" írta le, mielőtt a dicsőséget a munkatársaira hárította volna. Nyilatkozata szerint a díj "egy nagyon szokatlan projekt ünneplése".

A történet pedig itt még nem ér véget. A legutóbbi sarkvidéki nyáron egy modernizációs csomagot is telepítettek, és már asztalon van egy javaslat a hálózat utódjára, az IceCube-Gen2-re, amely nyolcszoros térfogattal rendelkezne. Jelenleg is ketten maradnak a Déli-sarkon a csapatból egész évben – még a hosszú, sötét tél alatt is –, hogy vigyázzanak az obszervatóriumra. Mindeközben a jégtömb, amelyen állnak, egyben mozogva évente körülbelül tíz métert csúszik, így az egész teleszkóp folyamatos, de rendkívül lassú mozgásban van.