Belgisch-Amerikaans fysicus Francis Halzen krijgt de Nobelprijs voor Fysica 2026 voor zijn doorslaggevende bijdrage aan het IceCube Neutrino Observatory en de ontdekking van hoogenergetische neutrino's uit het heelal. Aan dat gigantische wetenschappelijke experiment op de Zuidpool werken ook VUB-fysici al decennialang mee. In Brussel hielpen onderzoekers om van neutrinoastronomie een nieuwe manier te maken om naar het heelal te kijken. Ze werken er vandaag al aan de volgende generatie detectoren.
Het klinkt op het eerste gezicht als een waanzinnig idee: boor kilometersdiepe gaten in het ijs van de Zuidpool, laat er duizenden lichtsensoren in zakken en gebruik een kubieke kilometer ijs als telescoop. Francis Halzen geloofde eind jaren tachtig dat je zo neutrino's kon waarnemen, vrijwel ongrijpbare elementaire deeltjes die vanuit de verste uithoeken van het heelal dwars door sterren, planeten en mensen heen kunnen reizen.
Dat inzicht leverde hem op 6 oktober de Nobelprijs voor Fysica op. IceCube slaagde er in 2013 voor het eerst in om hoogenergetische neutrino's van buiten ons zonnestelsel waar te nemen. Daarmee kreeg de astronomie er een fundamenteel nieuwe manier bij om het universum te bestuderen.
“Wat is de motor van kosmische straling, zoals neutrino's?”
Ook VUB-fysici stonden mee aan de wieg van dat verhaal. VUB em. professor Catherine de Clercq initieerde de IceCube efforts aan de VUB al in 1999, samen met collega's van ULB, UGent en UMons. De VUB is dus meer dan 25 jaar, vanaf het allereerste begin, actief binnen IceCube. “Ik herinner me nog de euforie rond de eeuwwisseling met de waarneming van het eerste muonspoor in AMANDA, de voorloper van IceCube”, vertelde VUB-professor Nick van Eijndhoven bij de tiende verjaardag van IceCube. “Maar de bouw van het zestig keer grotere IceCube was toch van een geheel andere dimensie en we vroegen ons echt af of dat enorme beest wel zou werken.”
Een telescoop van een kubieke kilometer
Neutrino's zijn bijzonder interessant omdat ze nauwelijks reageren met materie. Waar licht onderweg kan worden geabsorbeerd en elektrisch geladen kosmische deeltjes door magnetische velden worden afgebogen, reizen neutrino's vrijwel ongehinderd en in een rechte lijn door het heelal. Daardoor kunnen ze informatie meebrengen uit extreme kosmische omgevingen die met klassieke telescopen moeilijk te onderzoeken zijn. Maar precies omdat ze zo weinig interactie aangaan met materie, zijn ze ook bijzonder moeilijk te detecteren.
IceCube lost dat probleem op met schaalgrootte. In het Antarctische ijs werden 5.160 lichtsensoren aangebracht, verdeeld over 86 kabels in gaten tot bijna 2,5 kilometer diep. Wanneer een neutrino uitzonderlijk toch interageert met materie, kunnen de sensoren het licht registreren van de deeltjes die daarbij ontstaan.
Het experiment leverde in 2013 het eerste overtuigende bewijs voor een populatie hoogenergetische kosmische neutrino's. Vijf jaar later volgde een nieuwe doorbraak. IceCube detecteerde een neutrino dat kon worden gekoppeld aan de blazar TXS 0506+056: een actief sterrenstelsel met een superzwaar zwart gat in het centrum. Waarnemingen met verschillende andere telescopen wezen naar dezelfde bron. Daarmee werd voor het eerst overtuigend aangetoond waar minstens een deel van de hoogenergetische kosmische neutrino's vandaan komt.
“Met de ontdekking kunnen we eeuwenoude raadsels over het heelal oplossen”, zei Van Eijndhoven toen. “Wat is de motor van kosmische straling, zoals neutrino's?”
Brussel als Europese IceCube-hub
De Belgische inbreng is daarbij groter dan vaak wordt gedacht. Het Interuniversitair Instituut voor Hoge Energie (IIHE) van VUB en ULB groeide uit tot een van de belangrijke IceCube-analysecentra in Europa. De Brusselse onderzoekers zijn onder meer betrokken bij de zoektocht naar hoogenergetische neutrino's afkomstig van gammaflitsen en actieve sterrenstelsels.
De VUB is ook betrokken bij het huidige onderzoeksprogramma dat het extreme universum bestudeert met IceCube
Die betrokkenheid loopt vandaag door. Binnen het High Energy Physics Research Centre van de VUB leiden Nick van Eijndhoven en Krijn de Vries het astrodeeltjesonderzoek rond IceCube en nieuwe detectietechnieken. De VUB is ook betrokken bij het huidige onderzoeksprogramma dat het extreme universum bestudeert met IceCube en uitbreidingen van het observatorium.
Want de Nobelprijs bekroont niet het einde van het verhaal. IceCube is intussen uitgebreid met de IceCube Upgrade en wetenschappers werken aan IceCube-Gen2, een gepland observatorium met een veel groter detectievolume. Daarbij wordt ook gekeken naar radiotechnologie om neutrino's met nog hogere energieën te vinden.
Ook daar speelt de VUB een rol. Onderzoekers zoals Krijn de Vries en Simon De Kockere werken aan technieken waarbij antennes radiogolven opvangen die ontstaan bij interacties van extreem energierijke neutrino's in ijs. Zulke detectoren kunnen veel grotere volumes bestrijken dan met uitsluitend optische sensoren haalbaar is.
“Neutrino's bieden ons een unieke inkijk in het heelal, die met traditionele astronomie niet mogelijk is”, zegt De Kockere.
De Nobelprijs voor Halzen is zo tegelijk een bekroning van een idee dat bijna veertig jaar geleden behoorlijk gewaagd leek én van een internationaal wetenschappelijk project waaraan ook generaties VUB-onderzoekers hebben bijgedragen. Wat begon met de vraag of je een gigantisch blok ijs als telescoop kon gebruiken, groeide uit tot een nieuw venster op het universum. En in Brussel wordt vandaag al meegebouwd aan de toekomst.