Đài quan sát neutrino IceCube - Ảnh: Lamarr-institute.org
Giải Nobel Vật lý 2026 được trao cho ông Francis Louis Halzen "vì những đóng góp mang tính quyết định đối với Đài quan sát neutrino IceCube và việc phát hiện ra các neutrino năng lượng cao có nguồn gốc vật lý thiên văn".
Sinh ngày 23-3-1944 tại Tienen (Bỉ), nhà vật lý hạt cơ bản người Mỹ gốc Bỉ này hiện là giáo sư tại Đại học Wisconsin-Madison, đồng thời là trưởng nhóm nghiên cứu của IceCube - thiết bị dò neutrino lớn nhất thế giới, đặt tại trạm Amundsen-Scott ở Nam Cực, hoạt động từ năm 2010.
Từ AMANDA đến IceCube
Sự nghiệp khoa học của ông Halzen bắt đầu tại KU Leuven (Bỉ), nơi ông nhận bằng thạc sĩ toán học và vật lý, rồi bằng tiến sĩ với luận án về sự phá vỡ đối xứng của các hạt hadron.
Năm 1971, khi đang làm việc tại Tổ chức Nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN) ở Geneva, ông được một đồng nghiệp mời đến Đại học Wisconsin-Madison thực hiện chuyến nghiên cứu kéo dài sáu tháng, và gắn bó với nơi này kể từ đó.
Nobel y sinh 2026: Bật tắt neuron bằng ánh sáng, đặt nền cho cách chữa Alzheimer, Parkinson trong tương laiĐỌC NGAY
Từ những năm 1970, ông là nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực vật lý tia vũ trụ và vật lý hạt cơ bản, công bố nhiều bài báo tiên phong về các hiện tượng bất thường của tia vũ trụ cũng như mối liên hệ giữa vật lý hạt và tia vũ trụ.
Đến giữa thập niên 1980, ông bắt đầu quan tâm đến neutrino khi tìm hiểu khả năng xây dựng một kính thiên văn dành cho loại hạt này.
Năm 1987, ông triển khai dự án AMANDA (Antarctic Muon and Neutrino Detector Array - Mảng thiết bị dò hạt muon và neutrino tại Nam Cực) do Quỹ Khoa học quốc gia Mỹ (NSF) tài trợ.
Dự án đề xuất chôn một hệ thống cảm biến ánh sáng sâu trong lớp băng Nam Cực - nơi có đặc tính trong suốt, tối, ổn định và không bị nhiễu bởi ánh sáng nền.
Thí nghiệm tuy thành công nhưng kết quả bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ tia vũ trụ và các bong bóng khí trong băng, thuyết phục ông rằng cần một hệ thống lớn hơn, đặt sâu hơn.
Năm 2005, nhóm của ông bắt tay vào dự án IceCube với kinh phí tài trợ từ châu Âu và cả Mỹ. Đài quan sát gần Cực Nam này được thiết kế với quy mô gấp 100 lần AMANDA, có tổng thể tích 1km³, nằm bên dưới lớp băng dày 1,5km. Sau sáu năm thi công, IceCube chính thức đi vào hoạt động.
Công nghệ của IceCube cũng giống các máy dò hạt và đài quan sát neutrino hiện đại khác: khi tương tác với lớp băng cực kỳ tinh khiết, neutrino tạo ra một hạt mang điện. Hạt này di chuyển trong băng với tốc độ cực nhanh nên phát ra bức xạ điện từ Cherenkov, được ghi nhận bởi hệ thống nhiều cảm biến có độ nhạy cao.
IceCube giúp các nhà vật lý thiên văn tìm hiểu rõ hơn về các thiên thể thông qua việc quan sát neutrino - những hạt cơ bản bí ẩn còn được gọi là "hạt ma" (ghost particle), có khối lượng gần như bằng không và tồn tại với số lượng khổng lồ do chính các thiên thể tạo ra.
Không giống photon, chúng có thể xuyên qua các vật thể, "vì vậy có lẽ bạn có thể quan sát được những điều trong vũ trụ mà không thể thấy được bằng bất kỳ cách nào khác" - ông chia sẻ với Hội Vật lý Mỹ (APS) - "và tất nhiên, đó chính là điểm thu hút lớn nhất. Thực tế là, trong suốt hành trình gần 40 năm gắn bó với dự án AMANDA/IceCube, chưa từng có ai nói với chúng tôi rằng công việc này thiếu hấp dẫn. Vấn đề thực sự nằm ở công nghệ mà thôi".
Nhà vật lý Francis Halzen giơ tay ra dấu chiến thắng tại khách sạn ở Turin (Ý) ngày 6-10, sau khi được trao giải Nobel Vật lý 2026 nhờ những đóng góp cho Đài quan sát neutrino IceCube và việc phát hiện các neutrino năng lượng cao có nguồn gốc vật lý thiên văn - Ảnh: AP
Tìm "máy gia tốc vũ trụ"
Kết quả quan trọng nhất mà IceCube mang lại là việc quan sát thành công các hạt neutrino năng lượng cao vào năm 2013 - một bước đột phá thực sự. Mức năng lượng của chúng gấp khoảng 100 lần so với các hạt được gia tốc trong Máy gia tốc hạt lớn (LHC) của CERN, cỗ máy mạnh nhất thế giới hiện nay. Những hạt này bắt nguồn từ các nguồn chưa xác định nằm bên ngoài Dải Ngân hà.
Ông Halzen thường nói về IceCube: "Sau một thập kỷ rưỡi phát triển và thêm một thập kỷ nữa để xây dựng, chẳng có gì bảo đảm rằng chúng tôi sẽ thực sự thấy được kết quả. Nhiều người từng nghĩ chúng tôi sẽ không làm được, nhưng chúng tôi đã thành công.
Sau hai năm thu thập dữ liệu, chúng tôi đã phát hiện các hạt neutrino đến từ những nơi cực xa - không phải từ khí quyển, cũng không phải từ chính thiên hà của chúng ta, mà là những hạt mang năng lượng khổng lồ vượt qua cả vũ trụ để đến được nơi đây".
Theo ông, phát hiện các neutrino vũ trụ này là "tương đối dễ dàng", câu hỏi tiếp theo mới là xác định nguồn gốc của chúng. Gần đây IceCube đã quan sát được nơi chúng sinh ra. Kết quả nghiên cứu chỉ ra các vị trí tiềm năng của cái gọi là "máy gia tốc vũ trụ" - cũng chính là nguồn gốc của tia vũ trụ, loại hạt năng lượng cao được phát hiện từ hơn một thế kỷ trước.
Ông Halzen giải thích tia vũ trụ dù sinh ra ở đâu cũng đều tạo ra neutrino, nhưng trước đây giới khoa học hoàn toàn không biết chúng đến từ đâu hay được tạo ra như thế nào. "Giờ đây, nhờ quan sát được neutrino, chúng ta bắt đầu nhận diện được những máy gia tốc vũ trụ đầu tiên, và điều đó thực sự rất phấn khích" - ông nói.
Các nghiên cứu do ông Halzen tiên phong giúp giới khoa học giải mã những bí ẩn vũ trụ. Không bị từ trường làm lệch hướng hay bị các vật thể chặn lại, neutrino cung cấp những thông tin mà kính thiên văn truyền thống dựa trên ánh sáng hoặc sóng không thể có. Có thể đến trực tiếp từ không gian sâu thẳm, chúng cho phép truy vết những sự kiện xa xôi trong vũ trụ như các vụ nổ siêu tân tinh, các vụ bùng phát tia gamma...
Nghiên cứu các hạt này còn giúp kiểm chứng giới hạn của Mô hình chuẩn (Standard Model) trong vật lý hạt cơ bản và tìm kiếm những hiện tượng vật lý chưa được biết đến. "Chúng tôi đang làm việc với các hạt neutrino mang năng lượng cực lớn, nhưng mọi kết quả vật lý thu được dường như vẫn nhất quán với lý thuyết neutrino trong Mô hình chuẩn vốn đã quá quen thuộc; và chúng tôi muốn phá vỡ mô hình đó" - ông nói thêm.
Khám phá năm 2013 đã thúc đẩy công tác quy hoạch và phát triển các kính thiên văn neutrino quy mô lớn hơn nữa, đặt tại cả Nam Cực lẫn dưới đáy đại dương sâu thẳm. Riêng IceCube đang được nâng cấp với bảy chuỗi thiết bị mới cùng các mô đun cảm biến đã cải tiến. Giới khoa học kỳ vọng hệ thống lớn hơn, nhạy hơn này không chỉ giải được bài toán tia vũ trụ mà còn mang lại những khám phá "hoàn toàn bất ngờ".
Ông Halzen cũng cho biết trong khi nhiều dự án thí nghiệm quy mô lớn thường tan rã sau hàng thập kỷ, IceCube vẫn tiếp tục phát triển. Hiện nhóm hợp tác IceCube quy tụ hơn 450 nhà nghiên cứu từ các tổ chức tại 14 quốc gia.
Thiên văn học Việt Nam từng bước phát triển
Dù thiên văn học vẫn còn là lĩnh vực mới mẻ ở Việt Nam nhưng đang từng bước phát triển, với các hoạt động nghiên cứu, giáo dục cộng đồng có những thành công đáng kể.
Mới đây, Việt Nam lần đầu tiên đăng cai kỳ thi Olympic thiên văn và vật lý thiên văn quốc tế lần thứ 19 (IOAA 2026), diễn ra từ ngày 25-9 đến 5-10-2026 tại Đại học Phenikaa.
Đoàn chủ nhà giành thành tích tuyệt đối: 10/10 học sinh tham gia đều đoạt giải với sáu huy chương vàng và bốn huy chương bạc, cho thấy tiềm năng trí tuệ trẻ Việt Nam trong lĩnh vực này.
Bí mật phía sau giải Nobel: 16 tháng chọn người, 50 năm giữ hồ sơĐể chọn một chủ nhân Nobel, các ủy ban phải trải qua khoảng 16 tháng đánh giá, thẩm tra trong bí mật; hồ sơ đề cử chỉ được công khai sau 50 năm.