Vietnamese 
English 
Hầu hết những gì chúng ta biết về vũ trụ đến từ ánh sáng: ánh sáng nhìn thấy, sóng vô tuyến, tia X hay tia gamma. Nhưng ở những môi trường cực đoan, các thiên thể còn tạo ra neutrino, những hạt không mang điện và rất hiếm khi tương tác với vật chất. Chúng có thể đi qua những vùng mà ánh sáng khó thoát ra, đồng thời ít bị lệch hướng trên đường đến Trái Đất. Vì thế, phát hiện neutrino năng lượng cao giúp các nhà khoa học lần theo dấu vết của những quá trình dữ dội ở rất xa.
Biến băng thành một đài quan sát
Khó khăn lớn nhất là neutrino thường xuyên xuyên qua vật chất mà không để lại tín hiệu. Để bắt được một số rất ít hạt tương tác, cần một thể tích quan sát khổng lồ. Francis Halzen cùng các cộng sự theo đuổi ý tưởng sử dụng lớp băng trong, sâu và ổn định ở Nam Cực làm môi trường phát hiện. IceCube đặt các cảm biến ánh sáng trong khoảng một kilômét khối băng gần Trạm Nam Cực.
IceCube không quan sát neutrino bằng cách “chụp ảnh” chính hạt này. Khi một neutrino hiếm hoi tương tác với vật chất trong hoặc gần lớp băng, nó tạo ra các hạt mang điện. Các hạt ấy phát ra ánh sáng khi chuyển động trong băng. Cảm biến ghi nhận thời điểm và cường độ ánh sáng, từ đó các nhà nghiên cứu tái dựng hướng đi và ước tính năng lượng của sự kiện. Nhờ băng Nam Cực, một nơi tưởng như xa mọi đài thiên văn, các nhà khoa học có được một thiết bị quan sát vũ trụ ở quy mô chưa từng có.
Ảnh: Nobel Prize
Từ tín hiệu lạ đến một hướng nghiên cứu mới
IceCube hoàn thành và bắt đầu hoạt động với cấu hình đầy đủ năm 2011. Năm 2013, nhóm nghiên cứu công bố bằng chứng về một dòng neutrino năng lượng cao có nguồn gốc ngoài khí quyển Trái Đất. Đây là bước xác nhận quan trọng rằng những hạt mà IceCube ghi được không chỉ do tia vũ trụ tương tác với khí quyển tạo ra.
Một cột mốc tiếp theo đến năm 2018. Sau khi IceCube ghi nhận một neutrino năng lượng cao, các đài quan sát khác hướng kính thiên văn về vùng trời tương ứng. Những quan sát phối hợp đưa ra bằng chứng liên hệ hạt này với TXS 0506+056, một thiên hà có nhân hoạt động rất xa. Việc kết hợp tín hiệu neutrino với ánh sáng từ cùng vùng trời cho thấy giá trị của thiên văn học đa sứ giả: mỗi loại tín hiệu kể một phần khác nhau của câu chuyện vũ trụ.
Giải thưởng cho một công trình tập thể
Tên Francis Halzen gắn với tầm nhìn và sự dẫn dắt quá trình hình thành IceCube. Tuy vậy, đài quan sát và các kết quả khoa học của nó là thành quả của một mạng lưới quốc tế gồm nhiều nhóm nghiên cứu, kỹ sư và nhân viên vận hành. Công trình đoạt giải cho thấy một phát hiện lớn có thể bắt đầu từ câu hỏi tưởng chừng đơn giản: liệu có thể dùng chính lớp băng Nam Cực để tìm những hạt gần như vô hình?
IceCube không xác định được nguồn gốc của mọi neutrino năng lượng cao đã quan sát. Nhưng các dữ liệu của nó đã chứng minh rằng neutrino có thể trở thành một nguồn thông tin riêng về bầu trời. Cùng với kính thiên văn quan sát ánh sáng và các thiết bị ghi nhận những tín hiệu khác, đài quan sát này giúp các nhà khoa học tiếp cận những quá trình tạo ra hạt năng lượng cao trong vũ trụ.
Francis Halzen: từ vật lý hạt đến thiên văn neutrino
Francis Halzen sinh ngày 23/3/1944 tại Bỉ. Ông học vật lý tại Đại học Leuven, nhận bằng thạc sĩ năm 1966 và tiến sĩ năm 1969. Từ năm 1972, ông giảng dạy và nghiên cứu tại Đại học Wisconsin–Madison (Hoa Kỳ). Hướng nghiên cứu của ông nằm ở giao điểm giữa vật lý hạt, vật lý thiên văn và vũ trụ học.
Trước khi gắn tên tuổi với IceCube, Halzen nghiên cứu các bài toán vật lý hạt và tia vũ trụ. Từ cuối thập niên 1980, ông cùng các cộng sự phát triển AMANDA, thí nghiệm sử dụng các cảm biến đặt sâu trong băng Nam Cực để tìm neutrino. AMANDA đặt nền móng thực nghiệm cho IceCube, đài quan sát có thể tích phát hiện lớn hơn nhiều. Halzen là nhà nghiên cứu chính của dự án IceCube.
Ông cũng cùng nhà vật lý Alan Martin viết cuốn Quarks and Leptons, một giáo trình về vật lý hạt. Những đóng góp của Halzen đã được ghi nhận qua Giải Balzan năm 2015 về vật lý thiên văn hạt, Giải Bruno Pontecorvo năm 2018 và Giải Yodh năm 2019. Năm 2024, ông được bầu vào Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ. Hành trình nghiên cứu của Halzen cho thấy sự bền bỉ cần có để đưa một ý tưởng táo bạo, dùng băng tự nhiên làm máy dò hạt, thành một công cụ quan sát vũ trụ.
Nguồn tham khảo:
NobelPrize.org, The Nobel Prize in Physics 2026: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2026/summary/
IceCube Neutrino Observatory, Timeline: https://icecube.wisc.edu/about-us/icecube10/timeline/
Francis Halzen, University of Wisconsin–Madison: https://user-web.icecube.wisc.edu/~halzen/
National Academy of Sciences, Francis Halzen: https://www.nasonline.org/directory-entry/francis-halzen-gbwpti/
International Balzan Foundation, Francis Halzen: Bio-bibliography: https://www.balzan.org/en/prizewinners/francis-halzen/bio-bibliography
