Nobel de Física 2026 premia um telescópio enterrado a 2 km sob o gelo do Polo Sul

Os aceleradores de partículas mais potentes do universo não estão na Terra, e durante décadas ninguém sabia onde estavam. Francis Halzen foi procurá-los em um quilômetro cúbico de gelo sob o Polo Sul, equipado com milhares de sensores de luz para capturar as partículas mais esquivas da física. A Real Academia Sueca de Ciências acaba de lhe conceder o Prêmio Nobel de Física por esse detector e pelo que ele encontrou, e ele não precisa dividi-lo.

O detector se chama IceCube, e capturou os primeiros neutrinos de alta energia conhecidos por vir de muito além do sistema solar. Neutrinos não têm carga elétrica e quase nenhuma massa, e cerca de 65 bilhões deles vindos do Sol atravessam a ponta do seu dedo mindinho a cada segundo sem tocar um único átomo. Como voam em linha reta e passam por poeira, gás e campos magnéticos, os raros neutrinos cósmicos apontam para os lugares violentos onde nasceram. Isso os torna um novo tipo de telescópio, capaz de enxergar regiões que a luz não consegue deixar.

Halzen, físico nascido na Bélgica e professor da Universidade de Wisconsin-Madison, foi citado “por contribuições decisivas para o Observatório de Neutrinos IceCube e pela descoberta de neutrinos de alta energia de origem astrofísica”. Ele é a primeira pessoa em 34 anos a ganhar o prêmio de física sozinho, e fica com todos os 12 milhões de coroas suecas. “Francis Halzen liderou uma equipe internacional de pesquisadores e engenheiros que nos forneceu um instrumento fantástico. Sua tenacidade e visão científica abriram caminho para um novo tipo de astronomia”, disse Mark Pearce, presidente do Comitê do Nobel para Física.

Por que você precisa de uma geleira para encontrar um acelerador cósmico

O espaço é atravessado por raios cósmicos, em sua maioria prótons nus, e alguns chegam com energias até um milhão de vezes maiores do que qualquer laboratório na Terra pode alcançar. Algo lá fora os acelera, talvez estrelas em explosão ou os jatos de buracos negros supermassivos. Os prótons não podem revelar o culpado, porque campos magnéticos desviam seus caminhos até aqui, então quando atingem nossa atmosfera sua direção não significa nada.

Os mesmos processos que aceleram prótons também deveriam produzir neutrinos, e campos magnéticos não os desviam. O problema é que neutrinos quase nunca interagem com nada. Na rara ocasião em que um atinge um núcleo atômico, produz uma partícula carregada que dispara pelo material e emite um tênue brilho azul. Em um meio transparente, sensores podem registrar esse flash e reconstruir de onde o neutrino veio. Neutrinos cósmicos são tão raros que você precisa de um volume transparente enorme para capturar sequer alguns.

A ideia de Halzen era que a camada de gelo da Antártida já era esse volume. Em grandes profundidades, é permanentemente escura, livre de criaturas vivas que interferem com detectores oceânicos, baixa em radioatividade e geologicamente estável, sem terremotos.

Como eles fizeram

O plano parecia inviável. Equipes tiveram que derreter buracos com mais de um quilômetro de profundidade usando uma broca de água quente que funciona como um chuveiro elaborado, depois baixar cabos com sensores de luz na água antes que ela congelasse novamente. Halzen descreve cada sensor como uma lâmpada ao contrário: ele capta luz e a transforma em um sinal elétrico. Toda a construção teve que caber no curto verão antártico entre novembro e fevereiro.

A primeira tentativa, um conjunto menor chamado AMANDA, quase afundou a ideia. Na profundidade onde os primeiros sensores foram instalados, o gelo estava cheio de minúsculas bolhas de ar que espalhavam a luz em todas as direções, então um flash perdia sua direção em meio metro. Mais abaixo, o cenário mudou completamente. Abaixo de cerca de 1.400 metros, o gelo se mostrou tão claro que a luz de uma colisão de neutrino podia viajar 300 metros, muito mais do que qualquer um esperava.

IceCube escalou essa lição. Seus 86 cabos penduram entre 1.450 e 2.450 metros abaixo da superfície, separados por 125 metros, cada um carregando 60 sensores espaçados 17 metros, totalizando 5.160 sensores. O quilômetro cúbico de gelo instrumentado pesa cerca de um bilhão de toneladas. O observatório é gerenciado pela National Science Foundation dos Estados Unidos e operado por uma colaboração de cerca de 450 pessoas de 58 instituições em 14 países.

Os flashes que provaram

A maior parte do que o IceCube vê é ruído. Mais de 100 milhões de múons criados por raios cósmicos na atmosfera acima da Antártida alcançam os sensores todos os dias, e algumas centenas de neutrinos produzidos na atmosfera do outro lado do planeta chegam depois de atravessar toda a Terra. Para isolar o sinal cósmico, a equipe trata a camada externa do detector como um escudo de veto e mantém apenas neutrinos que acionam o interior do núcleo, longe das bordas.

Os primeiros dois eventos convincentes apareceram por acaso, durante uma busca por partículas ainda mais energéticas. Cada um depositou cerca de um petaeletronvolt, mil trilhões de elétron-volts, mais de cem vezes a energia que o Grande Colisor de Hádrons dá a cada um de seus prótons. Esses dois levaram a equipe a 28 neutrinos de alta energia nos mesmos dois anos de dados, e uma amostra maior depois descartou uma origem atmosférica com confiança estatística de 5,7 sigma, acima da barreira de 5 sigma que os físicos usam para reivindicar uma descoberta.

O salto em relação à astronomia de neutrinos anterior é enorme. Os neutrinos que renderam o prêmio de física a Raymond Davis Jr e Masatoshi Koshiba vieram do Sol e de uma supernova a 160.000 anos-luz de distância, com energias cerca de um bilhão de vezes menores. O neutrino mais energético do IceCube até agora carregava cerca de 11,4 petaeletronvolts.

O que o prêmio não resolve

IceCube provou que existe um fluxo constante de neutrinos cósmicos, mas não mostrou de onde a maioria vem. Os melhores candidatos continuam sendo candidatos. Um neutrino veio da direção de um blazar em erupção chamado TXS 0506+056, uma galáxia cujo buraco negro dispara um jato em direção à Terra, e uma busca em dados mais antigos encontrou uma explosão anterior do mesmo local com 3,5 sigma, bem abaixo da força de descoberta.

A fonte única mais forte até agora é a galáxia ativa NGC 1068, também conhecida como M77, a 46 milhões de anos-luz de distância na constelação de Cetus. IceCube contou 79 neutrinos de sua direção, com 4,2 sigma. O próprio texto de fundo do comitê do Nobel diz que essa evidência ainda não é robusta o suficiente para chamar NGC 1068 de fonte confirmada.

Há também a questão do crédito. IceCube é obra de centenas de cientistas e engenheiros, e o prêmio de física só pode ir para indivíduos. O comitê destacou Halzen como a pessoa que inventou o conceito, o projetou e o liderou como investigador principal durante a construção e operação.

Perguntas frequentes sobre o Prêmio Nobel de Física 2026

Quem ganhou o Prêmio Nobel de Física 2026?

Francis Halzen, da Universidade de Wisconsin-Madison, ganhou sozinho, por seu papel decisivo na construção do Observatório de Neutrinos IceCube e pela descoberta de neutrinos de alta energia do espaço. Ele nasceu em Tienen, Bélgica, e recebe o valor integral de 12 milhões de coroas suecas.

O que é um neutrino?

Um neutrino é uma partícula subatômica sem carga elétrica e quase sem massa. Interage tão fracamente com a matéria que bilhões atravessam seu corpo a cada segundo sem serem notados.

Como o IceCube detecta neutrinos?

Quando um neutrino atinge um núcleo atômico no gelo, cria uma partícula carregada que emite uma luz azul tênue enquanto viaja. Mais de 5.000 sensores enterrados entre 1.450 e 2.450 metros de profundidade registram o flash, e o padrão da luz revela a energia e a direção da partícula.

Por que construir um telescópio de neutrinos no Polo Sul?

O gelo profundo da Antártida é extremamente claro, permanentemente escuro, livre de organismos vivos e geologicamente estável. A Estação Amundsen-Scott do Polo Sul também forneceu a logística, energia e pessoal necessários para perfurar buracos e construir um detector de um quilômetro de diâmetro.

De onde vêm os neutrinos cósmicos?

Ninguém sabe ao certo ainda. IceCube viu neutrinos do plano da nossa própria Via Láctea e apontou para a galáxia ativa NGC 1068 e o blazar TXS 0506+056 como fontes prováveis, mas nenhuma delas responde pela maior parte do fluxo.

Quando aconteceu, e o que vem a seguir

Halzen e seu colega John G. Learned apresentaram o conceito do Polo Sul pela primeira vez em uma conferência na Polônia em 1988. Halzen se lembra de esperar na véspera de Natal de 1993, com o computador no colo, pela notícia de que o primeiro cabo do AMANDA estava no gelo. A National Science Foundation dos Estados Unidos aprovou o financiamento para o IceCube em 2002, o detector foi concluído em 2011, e a primeira evidência de neutrinos cósmicos foi publicada em 2013. Os neutrinos de alta energia da Via Láctea vieram em 2023.

Sucessores já estão tomando forma: KM3NeT no Mediterrâneo, Baikal-GVD no Lago Baikal, P-ONE na costa da Ilha de Vancouver e TRIDENT no Mar da China Meridional. No Polo Sul, o planejamento começou para o IceCube-Gen2, que cobriria cerca de oito quilômetros cúbicos de gelo. Halzen receberá sua medalha em Estocolmo em 10 de dezembro.

Referência: IceCube Collaboration, “Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector,” Science, 2013. DOI: 10.1126/science.1242856

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