Onder het ijs van Antarctica, de Nobelprijs van de Belg Francis Halzen

De aankondiging werd op 6 oktober gedaan in Stockholm, waar de prijs op 10 december aan hem zal worden uitgereikt, de sterfdag van Alfred Nobel. Francis Halzen is de enige laureaat, “voor zijn beslissende bijdragen aan het IceCube Neutrino Observatory en de ontdekking van hoogenergetische neutrino’s van astrofysische oorsprong”. Het nieuws verraste hem tijdens een reis in Italië. Hij bekende een “vreemd” gevoel te ervaren en verbond deze eer onmiddellijk aan de onderzoekers van IceCube, in het bijzonder aan degenen die het risico hadden genomen om zich in het begin bij het project aan te sluiten.

Een theoreticus op een polaire bouwplaats

Francis Halzen werd op 23 maart 1944 geboren in Tienen, in Vlaams-Brabant. Zijn vader leidde een bouwbedrijf en de jongeman schreef zich eerst in voor ingenieurswetenschappen, voordat hij de voorkeur gaf aan wiskunde en natuurkunde in Leuven, aan de huidige KU Leuven. Hij overwoog een tijdje om les te geven in het secundair onderwijs in Landen, maar een beurs van het NFWO, de voorloper van het FWO, leidde hem naar een doctoraat in 1969 en vervolgens naar het CERN. In 1971 nodigde de Universiteit van Wisconsin–Madison hem uit voor zes maanden. Hij zou er zijn hele carrière blijven.

De natuurkundige omschrijft zichzelf als een theoreticus die “nooit een experiment heeft uitgevoerd”. Decennia na zijn afgebroken ingenieursstudies hield de zoon van de ondernemer echter toezicht op het boren in het Antarctische ijs en de bouw van een buitengewone detector. Hij schrijft de eer hiervoor graag toe aan de ingenieurs en onderzoekers die hij wist te verenigen.

Een kubieke kilometer ijs

Het idee om neutrino’s in water te observeren dateert uit 1960 en is afkomstig van de Sovjet-natuurkundige Moisei Markov. In 1988 stelden Francis Halzen en John G. Learned voor om het ijs van de Zuidpool te gebruiken. De eerste tests waren verontrustend, omdat het ijs dicht bij het oppervlak, vol luchtbellen, het licht verstrooide. Onder de 1.400 meter bleek het echter van een uitzonderlijke zuiverheid te zijn. De natuurkundige vertelde dat hij de avond van 24 december 1993 met zijn computer op schoot doorbracht, wachtend op de installatie van de eerste kabel van het prototype AMANDA.

IceCube kreeg vorm tussen 2004 en 2010 nabij het Amundsen–Scott-station. Warmwaterboren maakten putten van ongeveer 2,5 kilometer diep, waarin 5.160 sensoren werden neergelaten voordat het water weer bevroor, op een diepte tussen 1.450 en 2.450 meter. De bouw vereiste bijna tien miljoen pond vracht en meer dan 30.000 mandagen op de Zuidpool. Het instrument, onzichtbaar vanaf het oppervlak, beslaat één kubieke kilometer ijs.

Een nieuw venster op het universum

Het neutrino, zonder elektrische lading en met een minieme massa, doorkruist materie bijna zonder interactie: elke seconde passeren ongeveer 65 miljard zonneneutrino’s het oppervlak van een vingernagel. IceCube detecteert de zeldzame interacties die in het ijs plaatsvinden dankzij de blauwe gloed, het zogenaamde Tsjerenkov-effect, die door de modules wordt opgevangen. Omdat hun traject niet wordt afgebogen door magnetische velden, wijzen hoogenergetische neutrino’s naar hun bron en geven ze informatie over de meest gewelddadige fenomenen in de kosmos.

In 2013 stelde IceCube het bestaan vast van een stroom hoogenergetische neutrino’s uit de ruimte. In 2017 werd een daarvan in verband gebracht met de blazar TXS 0506+056, een object dat wordt gevoed door een supermassief zwart gat. Daarna volgden aanwijzingen uit het actieve sterrenstelsel NGC 1068, en vervolgens, in 2023, een eerste beeld van de Melkweg in neutrino’s. Francis Halzen vat het in één zin samen: “De neutrino-astronomie bestaat.”

IceCube past in de traditie van instrumenten die ons wereldbeeld hebben verruimd, van de optische telescoop tot de radiotelescoop, van het röntgenobservatorium tot de detector voor zwaartekrachtgolven. Mark Pearce, voorzitter van het Nobelcomité voor Natuurkunde, prijst de “vasthoudendheid” en de “wetenschappelijke visie” van de laureaat, die “de weg hebben vrijgemaakt voor een nieuwe vorm van astronomie”.

Een Vlaming in Madison

Verschillende Belgische media presenteren Francis Halzen als de tweede Belgische Nobelprijswinnaar voor Natuurkunde, na François Englert in 2013. Hij is sinds 2014 doctor honoris causa van de Universiteit Gent, sinds 2016 buitenlands lid van de Koninklijke Vlaamse Academie van België, en keert regelmatig terug om Belgische onderzoekers te ontmoeten. België heeft bijgedragen aan de financiering van IceCube via het FNRS en het FWO, en teams van het IIHE (ULB-VUB) en de UCLouvain dragen nog steeds bij aan het project.

In 2025 zei Francis Halzen dat hij geen tijd had om over zijn erfenis na te denken en alleen naar de toekomst keek. Die toekomst loopt via IceCube-Gen2, dat het geïnstrumenteerde volume moet vergroten tot ongeveer acht kubieke kilometer.

De geciteerde uitspraken zijn door de redactie uit het Engels vertaald.

Coverfoto: © UCLouvain Press