Francis Halzen ganha o Nobel da Física 2026 pelos neutrinos do gelo

A Real Academia Sueca das Ciências atribuiu esta terça-feira o Nobel da Física de 2026 a Francis Halzen, professor na Universidade de Wisconsin–Madison, «pelas contribuições decisivas para o Observatório de Neutrinos IceCube e pela descoberta de neutrinos de alta energia de origem astrofísica». É laureado único e recebe os 12 milhões de coroas suecas do prémio, cerca de um milhão de euros.

Os neutrinos são partículas elementares, sem carga e com uma massa tão pequena que durante décadas se pensou que fosse zero. Existem em três tipos — electrónico, muónico e tau — e atravessam a matéria quase sem deixar rasto: um neutrino pode passar o planeta de lado a lado sem tocar em nada. É essa indiferença que os torna mensageiros úteis e, ao mesmo tempo, tão difíceis de apanhar.

Halzen nasceu em 1944 em Tienen, na Bélgica, doutorou-se em 1969 na Universidade Católica de Lovaina e fez a carreira nos Estados Unidos. Em Junho de 1988 assinou com John Learned a ideia que sustentou o resto da sua vida científica: usar o gelo da Antártida ao mesmo tempo como alvo e como meio onde a luz viaja.

Em 1999 apresentou à Fundação Nacional da Ciência dos Estados Unidos a proposta do detector, aprovada em Março de 2002, com a construção a arrancar em 2004. Antes do IceCube houve o AMANDA, um detector mais pequeno concluído em 2000, que funcionou como previsto mas tinha volume a menos para apanhar os neutrinos mais energéticos.

Como se transforma gelo num telescópio

Um neutrino quase nunca interage com a matéria. Quando, a caminho, choca com um núcleo preso no gelo, produz uma partícula carregada que segue no mesmo sentido e emite luz de Cherenkov. Os sensores medem o instante e a direcção dessa luz, e a colaboração reconstrói de onde veio o neutrino e com que energia.

O gelo antárctico tem a vantagem de ser excepcionalmente transparente, imóvel e existir em quantidade industrial. E a localização faz parte do desenho: os neutrinos que vêm do hemisfério norte atravessam primeiro o planeta inteiro, o que filtra tudo o que não seja neutrino.

O detector recolhe muito mais do que os neutrinos que interessa estudar. Todos os dias registam-se mais de cem milhões de partículas produzidas na atmosfera sobre a Antártida, e algumas centenas de neutrinos atmosféricos chegam ao detector depois de atravessarem a Terra de norte para sul. Encontrar o sinal dentro deste ruído ocupou a colaboração durante uma década.

A descoberta que valeu o prémio

Os primeiros sinais claros apareceram em dados recolhidos antes de o detector estar completo. Um neutrino foi detectado em Agosto de 2011 e outro em Janeiro de 2012, ambos com energias da ordem dos PeV, muito acima dos neutrinos que se produzem na atmosfera. O grupo da Universidade de Chiba encontrou-os em Maio de 2012. Em 2013 veio a primeira evidência formal, com 28 eventos entre 30 TeV e 1,14 PeV; em 2014, a hipótese de que tudo se explicava por neutrinos atmosféricos foi rejeitada a 5,7 σ.

Um módulo ótico digital do IceCube, assinado pela tripulação que o ia instalar, no acampamento de perfuração em Dezembro de 2009. Cada corda desceu ao gelo com 60 sensores como este.

Crédito: Amble — Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

A partir daí o mapa ganhou nomes. Em Setembro de 2017, um neutrino detectado pelo IceCube coincidiu com uma erupção do blazar TXS 0506+056, a primeira fonte identificada através de uma campanha que combinou observações de luz e de neutrinos; os resultados saíram na Science em Julho de 2018. Em 2022, a colaboração apresentou evidência de neutrinos vindos da galáxia activa NGC 1068, a 47 milhões de anos-luz, com uma significância de 4,2 σ.

Em 2023, os dados deram o primeiro mapa da Via Láctea visto em neutrinos — a nossa galáxia desenhada por outra partícula. Em 2024, a colaboração publicou a observação de sete neutrinos do tipo tau, entre 20 TeV e um PeV, os mais difíceis de distinguir do ruído. E este ano foram publicados os resultados do neutrino mais energético que o detector já mediu, registado em 2019.

O que continua por responder

O fluxo de neutrinos de alta energia está medido, mas a soma das fontes que o produzem continua por identificar. Nos dados da nossa galáxia não se isolou nenhuma fonte pontual; não se sabe ainda se a energia dos núcleos activos vem da rotação do buraco negro ou do plasma magnético que o rodeia; e, no lado da física de partículas, a massa exacta dos neutrinos e a ordem das suas massas continuam desconhecidas.

O prémio distingue uma pessoa por um resultado de uma colaboração: o IceCube reúne 58 instituições em 14 países. Não é invulgar na Física — o Nobel desta área foi atribuído 120 vezes a 231 laureados — mas um laureado único é a excepção. Em 2015, os neutrinos já tinham valido um Nobel por outra razão: Takaaki Kajita e Arthur McDonald foram distinguidos por mostrarem que estas partículas têm massa e mudam de tipo. Agora o motivo é astronómico.

E em Portugal?

Entre as 58 instituições da colaboração não há nenhuma portuguesa. O contributo nacional na física de neutrinos faz-se noutras experiências: o grupo do Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas, nascido em 2005, colabora na SNO+, no laboratório de SNOLAB, no Canadá, e no projecto DUNE, uma das principais experiências de neutrinos da próxima década.

A Fundação Nacional da Ciência dos Estados Unidos renovou este ano um acordo de 53 milhões de dólares para operar o IceCube entre 2026 e 2031. O passo seguinte já tem nome — IceCube-Gen2, uma expansão que junta 13 países e 61 instituições — e uma pergunta em aberto: de onde vêm, ao certo, os neutrinos mais energéticos do Universo.