Nhà vật lý Francis Halzen (Ảnh:EL PAIS/BERNARDO PÉREZ)

Giải Nobel Vật lý năm 2026 được trao cho nhà vật lý Francis Halzen, giáo sư tại Đại học Wisconsin-Madison (Mỹ), vì công trình tiên phong phát triển Đài quan sát Neutrino IceCube. Công trình đã góp phần hình thành một lĩnh vực nghiên cứu mới là thiên văn học neutrino.

Neutrino (hay gọi là “hạt ma”) là những hạt hạ nguyên tử có khối lượng cực nhỏ và không mang điện. Do tương tác rất yếu với vật chất, neutrino có thể xuyên qua các ngôi sao, hành tinh và những vùng không gian rộng lớn mà hầu như không bị cản trở.

Đặc điểm này khiến neutrino rất khó phát hiện, nhưng đồng thời giúp chúng trở thành nguồn thông tin quan trọng về các quá trình diễn ra ở những vùng xa xôi của vũ trụ. Các hạt neutrino năng lượng cao có thể cung cấp manh mối về những hiện tượng mạnh như vụ nổ sao hoặc môi trường xung quanh các lỗ đen.

Nhà vật lý Halzen bắt đầu đề xuất ý tưởng xây dựng một đài quan sát neutrino tại Nam Cực từ năm 1988. Ông cho rằng lớp băng trong suốt ở khu vực này có thể được sử dụng làm môi trường phát hiện các tín hiệu do neutrino tạo ra khi tương tác với vật chất.

Khi một neutrino năng lượng cao va chạm với hạt nhân nguyên tử trong băng, tương tác này có thể tạo ra các hạt mang điện. Những hạt này phát ra ánh sáng Cherenkov, một dạng bức xạ có thể được các cảm biến quang học ghi nhận.

Dựa trên nguyên lý đó, các nhà khoa học xây dựng hệ thống cảm biến sâu trong lớp băng Nam Cực để phát hiện và phân tích tín hiệu từ neutrino.

Dự án tiền thân của IceCube mang tên AMANDA được hoàn thành vào năm 2000. Tuy nhiên, hệ thống này chưa đủ khả năng phát hiện các neutrino năng lượng cao mà nhóm nghiên cứu hướng tới.

Sau đó, nhóm của Halzen phát triển IceCube với quy mô lớn hơn. Đài quan sát được xây dựng trong khoảng một km3 băng Nam Cực, với 5.160 cảm biến ánh sáng được bố trí trên 86 dây cáp và đặt sâu dưới bề mặt băng.

Để lắp đặt hệ thống, các nhà khoa học phải khoan những giếng sâu xuyên qua lớp băng và đưa các chuỗi cảm biến xuống lòng đất. IceCube đạt quy mô đầy đủ vào năm 2011.

Năm 2013, nhóm nghiên cứu công bố bằng chứng đầu tiên về việc phát hiện các neutrino có nguồn gốc từ bên ngoài Hệ Mặt trời. Những năm tiếp theo, dữ liệu thu thập được tiếp tục củng cố kết quả này, xác nhận khả năng sử dụng neutrino để nghiên cứu các nguồn năng lượng cao trong vũ trụ.

Theo Ủy ban Nobel, lĩnh vực thiên văn học neutrino có thể bổ sung thông tin mà các phương pháp quan sát bằng ánh sáng chưa cung cấp được. Do neutrino có khả năng xuyên qua những đám mây bụi và vật chất dày đặc, chúng có thể giúp giới khoa học nghiên cứu các khu vực bị che khuất khỏi các kính thiên văn thông thường.

Công trình IceCube cũng tạo thêm một phương pháp để truy tìm nguồn gốc của các tia vũ trụ năng lượng cực cao, qua đó mở rộng khả năng tìm hiểu những quá trình vật lý diễn ra trong các môi trường khắc nghiệt nhất của vũ trụ.

Nhà vật lý Francis Halzen, 82 tuổi, cho biết ông bất ngờ khi nhận được giải thưởng. Theo nhà khoa học này, khi dự án được đề xuất, ngay cả những người tham gia cũng chưa thể chắc chắn hệ thống có thể hoạt động như kỳ vọng.

IceCube là kết quả của sự hợp tác quốc tế với sự tham gia của hàng trăm nhà khoa học và kỹ sư. Hiện các nhà nghiên cứu đang lên kế hoạch mở rộng đài quan sát, nâng phạm vi giám sát lên khoảng 8 km3 băng.

Việc mở rộng có thể giúp IceCube phát hiện thêm nhiều neutrino năng lượng cao, qua đó cung cấp dữ liệu mới về các nguồn phát và những hiện tượng mạnh trong vũ trụ.

Giải Nobel Vật lý năm 2026 đi kèm tiền thưởng 12 triệu kronor Thụy Điển, tương đương khoảng 1,2 triệu USD.