Nobel da Física 2026 distingue 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 num quilómetro cúbico de gelo sob o Polo Sul, cablado com milhares de sensores de luz para captar as partículas mais esquivas da física. A Real Academia Sueca das Ciências acaba de lhe atribuir o Prémio Nobel da Física por esse detetor e pelo que ele encontrou — e não tem de o dividir com ninguém.

O detetor chama-se IceCube, e captou os primeiros neutrões de alta energia conhecidos por vir de muito para lá do sistema solar. Os neutrões não têm carga elétrica e têm uma massa quase nula; cerca de 65 mil milhões deles, vindos do Sol, atravessam a ponta do seu dedo mindinho a cada segundo sem tocar num único átomo. Como voam em linha reta e passam através de poeira, gás e campos magnéticos, os raros neutrões cósmicos apontam para os lugares violentos onde nasceram. Isto faz deles um novo tipo de telescópio, capaz de olhar para regiões de onde a luz não consegue escapar.

Halzen, um físico nascido na Bélgica e ligado à Universidade do Wisconsin-Madison, foi distinguido “pelas contribuições decisivas para o Observatório de Neutrões IceCube e pela descoberta de neutrões de alta energia de origem astrofísica”. É a primeira pessoa em 34 anos a ganhar sozinha o prémio de Física, e fica com os 12 milhões de coroas suecas. “Francis Halzen liderou uma equipa internacional de investigadores e engenheiros que nos deram um instrumento fantástico. A sua tenacidade e visão científica abriram caminho para um novo tipo de astronomia”, disse Mark Pearce, presidente do Comité Nobel para a Física.

Porque é preciso um glaciar para encontrar um acelerador cósmico

O espaço é atravessado por raios cósmicos, na sua maioria protões nus, e alguns chegam com energias até um milhão de vezes superiores às que qualquer laboratório na Terra consegue atingir. Há qualquer coisa lá fora que os acelera — talvez estrelas em explosão ou os jatos de buracos negros supermassivos. Os protões não conseguem revelar o culpado, porque os campos magnéticos desviam as suas trajetórias a caminho de cá, por isso quando atingem a nossa atmosfera a sua direção já nada significa.

Os mesmos processos que aceleram os protões também devem produzir neutrões, e os campos magnéticos não os desviam. O problema é que os neutrões quase nunca interagem com coisa nenhuma. Quando, raramente, um atinge um núcleo atómico, produz uma partícula carregada que dispara através do material e emite um ténue brilho azul. Num meio transparente, os sensores podem registar esse clarão e reconstruir a direção de onde veio o neutrão. Os neutrões cósmicos são tão raros que é preciso um volume transparente enorme para apanhar sequer um punhado deles.

A ideia de Halzen foi que o manto de gelo da Antártida já era esse volume. A grande profundidade está permanentemente escuro, livre dos seres vivos que interferem com os detetores oceânicos, com baixa radioatividade e geológicamente estável, sem sismos.

Como fizeram

O plano parecia impraticável. As equipas tiveram de derreter buracos com mais de um quilómetro de profundidade usando uma broca de água quente que funciona como um elaborado chuveiro, e depois baixar cabos carregados de sensores de luz para dentro da água antes de ela voltar a congelar. Halzen descreve cada sensor como uma lâmpada ao contrário: absorve luz e transforma-a num sinal elétrico. Toda a construção teve de caber no curto verão antártico, entre novembro e fevereiro.

A primeira tentativa, uma matriz mais pequena chamada AMANDA, quase afundou a ideia. À profundidade onde os primeiros sensores foram instalados, o gelo estava cheio de minúsculas bolhas de ar que espalhavam a luz em todas as direções, pelo que um clarão perdia a direção ao fim de meio metro. Mais abaixo, o cenário mudou por completo. Abaixo dos 1400 metros, o gelo revelou-se tão transparente que a luz de uma colisão de um neutrão conseguia viajar 300 metros, muito mais do que alguém esperava.

O IceCube ampliou essa lição. Os seus 86 cabos pendem entre 1450 e 2450 metros abaixo da superfície, com 125 metros de distância entre si, cada um com 60 sensores espaçados 17 metros, num total de 5160 sensores. O quilómetro cúbico de gelo instrumentalizado pesa cerca de mil milhões de toneladas. O observatório é gerido pela Fundação Nacional para a Ciência dos EUA e dirigido por uma colaboração de cerca de 450 pessoas de 58 instituições em 14 países.

Os clarões que provaram

A maior parte do que o IceCube vê é ruído. Mais de 100 milhões de muões criados por raios cósmicos na atmosfera por cima da Antártida chegam aos sensores todos os dias, e algumas centenas de neutrões produzidos na atmosfera do outro lado do planeta chegam depois de atravessar a Terra inteira. Para isolar o sinal cósmico, a equipa trata a camada exterior do detetor como um escudo de veto e guarda apenas os neutrões que se ativam no interior do núcleo, longe dos bordos.

Os primeiros dois eventos convincentes surgiram por acaso, durante uma busca por partículas ainda mais energéticas. Cada um depositou cerca de um petaeletrão-volt — mil biliões de eletrões-volt —, mais de cem vezes a energia que o Grande Colisionador de Hadrões dá a cada um dos seus protões. Esses dois levaram a equipa a 28 neutrões de alta energia nos mesmos dois anos de dados, e uma amostra maior descartou posteriormente uma origem atmosférica com uma confiança estatística de 5,7 sigma, acima do limiar de 5 sigma que os físicos usam para reivindicar uma descoberta.

O salto em relação à astronomia de neutrões anterior é enorme. Os neutrões que valeram o prémio Nobel da Física a Raymond Davis Jr. e Masatoshi Koshiba vieram do Sol e de uma supernova a 160 mil anos-luz de distância, com energias cerca de mil milhões de vezes mais baixas. O neutrão mais energético do IceCube até agora transportava uns estimados 11,4 petaeletrões-volt.

O que o prémio não resolve

O IceCube provou que existe um fluxo constante de neutrões cósmicos, mas ainda não mostrou de onde vêm a maioria deles. Os melhores candidatos continuam a ser candidatos. Um neutrão chegou 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 erupção anterior do mesmo local com 3,5 sigma, muito abaixo da força de descoberta.

A fonte individual 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. O IceCube contou 79 neutrões vindos da sua direção, com 4,2 sigma. O texto de enquadramento do próprio comité Nobel diz que essa evidência ainda não é suficientemente robusta para chamar à NGC 1068 uma fonte confirmada.

Há também a questão do crédito. O IceCube é obra de centenas de cientistas e engenheiros, e o prémio Nobel da Física só pode ser atribuído a indivíduos. O comité distinguiu Halzen como a pessoa que inventou o conceito, o desenhou e o liderou como investigador principal durante a construção e operação.

Perguntas frequentes sobre o Prémio Nobel da Física 2026

Quem ganhou o Prémio Nobel da Física 2026?

Francis Halzen, da Universidade do Wisconsin-Madison, ganhou sozinho, pelo seu papel decisivo na construção do Observatório de Neutrões IceCube e pela descoberta de neutrões de alta energia do espaço. Nasceu em Tienen, na Bélgica, e recebe a totalidade dos 12 milhões de coroas suecas.

O que é um neutrão?

Um neutrão é uma partícula subatómica sem carga elétrica e com massa quase nula. Interage tão fracamente com a matéria que milhares de milhões atravessam o seu corpo a cada segundo sem darem por isso.

Como é que o IceCube deteta neutrões?

Quando um neutrão atinge um núcleo atómico no gelo, cria uma partícula carregada que emite uma ténue luz azul à medida que viaja. Mais de 5000 sensores enterrados entre 1450 e 2450 metros de profundidade registam o clarão, e o padrão da luz revela a energia e a direção da partícula.

Porquê construir um telescópio de neutrões no Polo Sul?

O gelo profundo da Antártida é extremamente límpido, permanentemente escuro, livre de organismos vivos e geológicamente estável. A estação existente Amundsen-Scott do Polo Sul também forneceu a logística, a energia e o pessoal necessários para perfurar buracos e construir um detetor com um quilómetro de diâmetro.

De onde vêm os neutrões cósmicos?

Ainda ninguém sabe ao certo. O IceCube já viu neutrões vindos do plano da nossa própria Via Láctea e já apontou para a galáxia ativa NGC 1068 e para o blazar TXS 0506+056 como prováveis fontes, mas nenhuma delas explica a maior parte do fluxo.

Quando aconteceu e o que vem a seguir

Halzen e o seu colega John G. Learned apresentaram pela primeira vez o conceito do Polo Sul numa conferência na Polónia, em 1988. Halzen lembra-se de esperar na véspera de Natal de 1993, com o computador ao colo, por notícias de que o primeiro cabo do AMANDA estava no gelo. A Fundação Nacional para a Ciência dos EUA aprovou o financiamento do IceCube em 2002, o detetor foi concluído em 2011 e a primeira evidência de neutrões cósmicos foi publicada em 2013. Os neutrões de alta energia da Via Láctea seguiram-se em 2023.

Já estão a tomar forma sucessores: KM3NeT no Mediterrâneo, Baikal-GVD no Lago Baikal, P-ONE ao largo da Ilha de Vancouver e TRIDENT no Mar da China Meridional. No Polo Sul, começou o planeamento do IceCube-Gen2, que cobriria cerca de oito quilómetros cúbicos de gelo. Halzen receberá a sua medalha em Estocolmo no dia 10 de dezembro.

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

Etiquetas: astronomia, física, Prémio Nobel, IceCube, Francis Halzen, neutrinos