فرانسيس هالزن

(تم التحويل من Francis Halzen)
فرانسيس هالزن

MAE
Francis Halzen
وُلِدَ23 مارس 1944 (العمر 82 سنة)
تينن، بلجيكا
التعليمجامعة لئوڤن الكاثوليكية
عـُرِف بـمرصد النيوترينو بمكعب الثلج
العنوانأستاذ كرسي هيلديل وگريگوري برايت المتميز
الجوائزجائزة نوبل في الفيزياء (2026)
وسام الجمعية الفيزيائية الأمريكية للإنجاز الاستثنائي في البحث العلمي (2026)[1]
جائزة يود (2019)
جائزة برونو پونتكورڤو (2018)[2]
عضو الأكاديمية الأوروپية (2018)
جائزة بلزان لفيزياء الجسيمات الفلكية (2015)
جائزة الجمعية الفيزيائية الأوروپية في فيزياء الجسيمات الفلكية وعلم الكون (2015)
جائزة سميثسونيان للبراعة الأمريكية (2014)
جائزة اختراق العام من مجلة فيزكس وورلد (2013)
زميل الجمعية الفيزيائية الأمريكية (1995)
السيرة العلمية
المجالاتفيزياء الجسيمات، فيزياء النيوترينوات
الهيئاتجامعة وسكنسن-ماديسون
طلاب الدكتوراهدان هوپر
الموقع الإلكترونيhttps://icecube.wisc.edu/~halzen/

فرانسيس لويس هالزن (Francis Louis Halzen؛ و. 23 مارس 1944 في تينن، بلجيكا)، هو عالم فيزياء جسيمات بلجيكي-أمريكي حائز على جائزة نوبل. وهو أستاذ كرسي هيلديل وگريگوري برايت المتميز في جامعة وسكنسن-ماديسون ومدير معهد فيزياء الجسيمات الأولية. هالزن هو الباحث الرئيسي في مرصد النيوترينو بمكعب الثلج في محطة أموندسن-سكوت في أنتاركتيكا، وهو أكبر كاشف للنيوترينو في العالم والذي دخل الخدمة عام 2010.

عام 2026، حصل هالزن على جائزة نوبل في الفيزياء "من أجل إسهاماته الحاسمة في مرصد النيوترينو بمكعب الثلج واكتشاف النيوترينوات عالية الطاقة ذات المنشأ الفيزيائي الفلكي".[3][4]

النشأة والتعليم

وُلد هالزن ونشأ في بلجيكا. تخرج من جامعة لئوڤن الكاثوليكية حاصلاً على الماجستير في الفيزياء عام 1966، والدكتوراه عام 1969، ثم حصل على أستاذية التعليم العالي البارزة عام 1972. بين عامي 1969 و1971 عمل كمساعد علمي في سرن. منذ عام 1972 كان أستاذاً في جامعة وسكنسن-ماديسون والباحث الرئيسي في مشروعي أماندا ومكعب الثلج.[5][6]

يُعد هالزن عالماً رائداً في تطوير فيزياء الأشعة الكونية وفيزياء الجسيمات الفلكية منذ السبعينيات. وإلى جانب فيزياء الجسيمات، نشر العديد من الأوراق البحثية المبكرة التي تناولت شذوذات الأشعة الكونية ومادة الكواركات، والعلاقات بين فيزياء الجسيمات والأشعة الكونية، والجسيمات المنبعثة من المستعرات العظمى، وإنتاج الميونات في زخات أشعة گاما بالغلاف الجوي.[7]

عمل هالزن في العديد من اللجان الاستشارية، بما في ذلك تلك الخاصة مرصد سودبري، مصفوفة التلسكوپ وتجارب ترقية-أوجيه، معاهد ماكس پلانك في هايدلبرگ وميونخ، معهد أبحاث الأشعة الكونية في جامعة طوكيو، ولجنة تحديد أولويات فيزياء الجسيمات الأمريكية واللجنة الاستشارية للفيزياء الفلكية للجسيمات في أوروپا.[8]

شارك مع آلان مارتن في تأليف كتاب الكواركات واللپتونات، وهو نص قياسي.[9]

مسيرته المهنية

فرانسيس هالزن.

أثارت فيزياء الجسيمات اهتمام هالزن بفضل التقدم الذي شهده هذا المجال في الستينيات؛ حيث ركّز في البداية على الجسيمات ذات الكتلة المكوَّنة من الكواركات. بعد فترة وجيزة من حصوله على درجة الدكتوراه، انتقل إلى جامعة وسكنسن-ماديسون في الولايات المتحدة. وفي وقت لاحق، أدرك ما يمكن لفيزياء الجسيمات أن تستفيده من الجسيمات القادمة إلينا من الفضاء، وكيف يمكن للفيزياء الفلكية -في المقابل- أن تستفيد من فيزياء الجسيمات.[10]


النيوترينوات هي أكثر الجسيمات خجلاً في الكون، وليس لها شحنة كهربائية ولا كتلة تقريباً. بشكل عام، تمر النيوترينوات عبر المادة دون أن يلاحظها أحد، ونادراً ما تجعل النيوترينوات وجودها محسوساً عن طريق الاصطدام بنواة ذرية. في كل ثانية، دون أن تلاحظ، يتدفق 65 بليون نيوترينو من الشمس عبر ظفر الإصباع. تأتي النيوترينوات أيضاً من مناطق أخرى في الفضاء، حاملةً في طياتها أدلةً تكشف عن بعض أسرار الكون؛ إذ يمكن للباحثين الذين ينجحون في رصد هذه النيوترينوات الكونية النادرة استخلاص معلوماتٍ حول البيئات المتطرفة في الكون التي نشأت فيها.

ينبع الدافع وراء البحث عن النيوترينوات من رصد جسيمات مختلفة تماماً؛ إذ يعج الكون بجسيمات تُعرف مجتمعة باسم الأشعة الكونية. وتتألف هذه الأشعة عادةً من پروتونات، وهي عبارة عن أنوية ذرات هيدروجين مجردة. ويمكن لهذه الپروتونات القادمة من الفضاء أن تصل إلينا أحياناً بطاقة هائلة ومذهلة، تفوق بكثير تلك التي يمكن منحها لها في مسرعات الجسيمات على سطح الأرض.

لقد كان أصل الأشعة الكونية ذات الطاقات القصوى أحد أفضل أسرار الكون المحفوظة. ولأن الفيزياء تخبرنا أن العمليات التي يمكنها تسريع الپروتونات إلى طاقات عالية تؤدي أيضاً إلى ظهور نيوترينوات ذات طاقات عالية، فإن النيوترينوات يمكن أن توفر أدلة مهمة حول مسرعات الجسيمات الكونية هذه.

يمكن لمن ينجح في رصد النيوترينوات ذات الطاقة الهائلة تمييزُها عن تلك النيوترينوات الأقل طاقةً بكثير، والناجمة عن تحلّل المواد المشعة أو المنبعثة من الشمس أو المتولدة عند اصطدام الأشعة الكونية بالغلاف الجوي للأرض؛ إذ لا بد أن تكون النيوترينوات التي لا تنشأ في محيطنا قادمةً من أماكن بعيدة للغاية، ربما من عمليات عنيفة في مناطق شهدت انفجار نجوم، أو من مجرات نشطة بعيدة.

في الثمانينيات، أدرك فرانسيس هالزن أن الثلج في القطب الجنوبي يمكن أن يكون مثالياً لاصطياد ما يكفي من هذه النيوترينوات المخفية، حتى يتمكن الباحثون من معرفة المزيد عن أصولها البعيدة. وسرعان ما أقنع العديد من الآخرين بإمكانيات فكرته، وفي عام 1992، قامت مجموعة من الباحثين والمهندسين العنيدين بالمحاولات الأولى لإنزال أجهزة استشعار الضوء في النهر الجليدي بالقطب الجنوبي. جاء هذا الإنجاز بعد حوالي عشرين عاماً: سجل مرصد النيوترينو بمكعب الثلج نيوترينوات ذات خصائص أقنعت الباحثين بأنها نشأت في مناطق بعيدة من الفضاء. لقد بدأ البحث عن مصادر النيوترينوات في الكون بشكل جدي. لقد كانت رؤيته وقيادته العلمية أساسية لمرصد النيوترينو بمكعب الثلج- وهو كيلومتر مكعب من الثلج مجهز بأجهزة استشعار للضوء. باستخدام مرصد مكعب الثلج، يمكن للباحثين التقاط النيوترينوات من العمليات الغنية بالطاقة للغاية في الكون البعيد. توجد النيوترينوات في كل مكان، لكنها لا تكشف عن وجودها؛ فهي تخترق الأرض وأجسامنا بالكامل دون أن نشعر بذلك. وفي حالات نادرة للغاية، يتفاعل نيوترينو واحد مع نواة ذرية، مما يتيح لمن يمتلك المعدات المناسبة اكتشافها.[11]

لطالما أدرك العلماء أن الكون يزخر بمسرّعات جسيمات طبيعية تطلق جسيماتٍ بطاقات تفوق بمليون مرة تلك التي يمكن تحقيقها في المعامل على الأرض. ومع ذلك، لا يزال الغموض يكتنف الكثير من الجوانب المتعلقة بهذه المصادر: فما هي؟ وأين تقع؟ وما هي العمليات الرئيسية التي تدور في داخلها؟. تنشأ النيوترينوات ذات الطاقات العالية للغاية في البيئات نفسها التي تتشكل فيها أنواع أخرى من الجسيمات. ومع ذلك، وعلى العكس من تلك الجسيمات، تصلنا النيوترينوات دون أن تغير اتجاهها أو تفقد شيئاً من طاقتها؛ وهذا يعني أنها قادرة على توفير معلومات لا يمكن الحصول عليها بأي وسيلة أخرى.

قدم فرانسيس هالزن لأول مرة رؤيته لالتقاط النيوترينوات في القطب الجنوبي عام 1988. عندما يصطدم النيوترينو بنواة ذرية، فإنه ينتج وميضاً من الضوء يمكن تتبعه بواسطة أجهزة استشعار في الثلج الجليدي الصافي. ويتمتع ثلج القطب الجنوبي بالعديد من المزايا، فهو خالي من مختلف أنواع التداخلات، كما أن المنطقة مستقرة جيولوجياً، ولا تحدث فيها زلازل. وسرعان ما حظي هالزن وفكرته بدعم باحثين آخرين، وبعد سنوات قليلة فقط، أُجري اختبار أولي على أجهزة الاستشعار في الثلج.

النيوترينوات الكونية ذات الطاقات العالية للغاية نادرة جداً، لذلك هناك حاجة إلى كمية هائلة من الثلج لمراقبة عدد كافٍ من الاصطدامات. يغطي مرصد النيوترينو بمكعب الثلج كيلومتراً مكعباً كاملاً، واكتمل بناؤه عام 2011. وسرعان ما اكتشف الباحثون أول نيوترينوات عالية الطاقة، وبعد بضع سنوات، تمكنوا من نشر اكتشافهم للنيوترينوات التي يجب أن تنشأ بعيدًا خارج مجموعتنا الشمسية. يمكن أن يبدأ البحث عن مصادر النيوترينو في الكون بشكل جدي.

يقول مارك پيرس، رئيس لجنة نوبل للفيزياء: "لقد قاد فرانسيس هالزن فريقاً دولياً من الباحثين والمهندسين الذين قدموا لنا أداةً مذهلة؛ إذ مهدت مثابرته ورؤيته العلمية الطريق لنوع جديد من علم الفلك". ستوفر تفاعلات النيوترينو التي يجمعها مرصد مكعب الثلج باستمرار للباحثين معرفةً جديدةً حول البيئات العنيفة التي تتولد فيها النيوترينوات عالية الطاقة، بل وقد تكشف عن ظواهر كونية لم تكن معروفة من قبل.

النيوترينوات الكونية

النيوترينوات هي أكثر الجسيمات خجلاً في الكون، وليس لها شحنة كهربائية ولا كتلة تقريباً. بشكل عام، تمر النيوترينوات عبر المادة دون أن يلاحظها أحد، ونادراً ما تجعل النيوترينوات وجودها محسوساً عن طريق الاصطدام بنواة ذرية. في كل ثانية، دون أن تلاحظ، يتدفق 65 بليون نيوترينو من الشمس عبر ظفر الإصباع. تأتي النيوترينوات أيضاً من مناطق أخرى في الفضاء، حاملةً في طياتها أدلةً تكشف عن بعض أسرار الكون؛ إذ يمكن للباحثين الذين ينجحون في رصد هذه النيوترينوات الكونية النادرة استخلاص معلوماتٍ حول البيئات المتطرفة في الكون التي نشأت فيها.

ينبع الدافع وراء البحث عن النيوترينوات من رصد جسيمات مختلفة تماماً؛ إذ يعج الكون بجسيمات تُعرف مجتمعة باسم الأشعة الكونية. وتتألف هذه الأشعة عادةً من پروتونات، وهي عبارة عن أنوية ذرات هيدروجين مجردة. ويمكن لهذه الپروتونات القادمة من الفضاء أن تصل إلينا أحياناً بطاقة هائلة ومذهلة، تفوق بكثير تلك التي يمكن منحها لها في مسرعات الجسيمات على سطح الأرض.

لقد كان أصل الأشعة الكونية ذات الطاقات القصوى أحد أفضل أسرار الكون المحفوظة. ولأن الفيزياء تخبرنا أن العمليات التي يمكنها تسريع الپروتونات إلى طاقات عالية تؤدي أيضاً إلى ظهور نيوترينوات ذات طاقات عالية، فإن النيوترينوات يمكن أن توفر أدلة مهمة حول مسرعات الجسيمات الكونية هذه.

يمكن لمن ينجح في رصد النيوترينوات ذات الطاقة الهائلة تمييزُها عن تلك النيوترينوات الأقل طاقةً بكثير، والناجمة عن تحلّل المواد المشعة أو المنبعثة من الشمس أو المتولدة عند اصطدام الأشعة الكونية بالغلاف الجوي للأرض؛ إذ لا بد أن تكون النيوترينوات التي لا تنشأ في محيطنا قادمةً من أماكن بعيدة للغاية، ربما من عمليات عنيفة في مناطق شهدت انفجار نجوم، أو من مجرات نشطة بعيدة.

في الثمانينيات، أدرك فرانسيس هالزن أن الثلج في القطب الجنوبي يمكن أن يكون مثالياً لاصطياد ما يكفي من هذه النيوترينوات المخفية، حتى يتمكن الباحثون من معرفة المزيد عن أصولها البعيدة. وسرعان ما أقنع العديد من الآخرين بإمكانيات فكرته، وفي عام 1992، قامت مجموعة من الباحثين والمهندسين العنيدين بالمحاولات الأولى لإنزال أجهزة استشعار الضوء في النهر الجليدي بالقطب الجنوبي. جاء هذا الإنجاز بعد حوالي عشرين عاماً: سجل مرصد النيوترينو بمكعب الثلج نيوترينوات ذات خصائص أقنعت الباحثين بأنها نشأت في مناطق بعيدة من الفضاء. لقد بدأ البحث عن مصادر النيوترينوات في الكون بشكل جدي. لقد كانت رؤيته وقيادته العلمية أساسية لمرصد النيوترينو بمكعب الثلج- وهو كيلومتر مكعب من الثلج مجهز بأجهزة استشعار للضوء. باستخدام مرصد مكعب الثلج، يمكن للباحثين التقاط النيوترينوات من العمليات الغنية بالطاقة للغاية في الكون البعيد. توجد النيوترينوات في كل مكان، لكنها لا تكشف عن وجودها؛ فهي تخترق الأرض وأجسامنا بالكامل دون أن نشعر بذلك. وفي حالات نادرة للغاية، يتفاعل نيوترينو واحد مع نواة ذرية، مما يتيح لمن يمتلك المعدات المناسبة اكتشافها.[12]

لطالما أدرك العلماء أن الكون يزخر بمسرّعات جسيمات طبيعية تطلق جسيماتٍ بطاقات تفوق بمليون مرة تلك التي يمكن تحقيقها في المعامل على الأرض. ومع ذلك، لا يزال الغموض يكتنف الكثير من الجوانب المتعلقة بهذه المصادر: فما هي؟ وأين تقع؟ وما هي العمليات الرئيسية التي تدور في داخلها؟. تنشأ النيوترينوات ذات الطاقات العالية للغاية في البيئات نفسها التي تتشكل فيها أنواع أخرى من الجسيمات. ومع ذلك، وعلى العكس من تلك الجسيمات، تصلنا النيوترينوات دون أن تغير اتجاهها أو تفقد شيئاً من طاقتها؛ وهذا يعني أنها قادرة على توفير معلومات لا يمكن الحصول عليها بأي وسيلة أخرى.

قدم فرانسيس هالزن لأول مرة رؤيته لالتقاط النيوترينوات في القطب الجنوبي عام 1988. عندما يصطدم النيوترينو بنواة ذرية، فإنه ينتج وميضاً من الضوء يمكن تتبعه بواسطة أجهزة استشعار في الثلج الجليدي الصافي. ويتمتع ثلج القطب الجنوبي بالعديد من المزايا، فهو خالي من مختلف أنواع التداخلات، كما أن المنطقة مستقرة جيولوجياً، ولا تحدث فيها زلازل. وسرعان ما حظي هالزن وفكرته بدعم باحثين آخرين، وبعد سنوات قليلة فقط، أُجري اختبار أولي على أجهزة الاستشعار في الثلج.

النيوترينوات الكونية ذات الطاقات العالية للغاية نادرة جداً، لذلك هناك حاجة إلى كمية هائلة من الثلج لمراقبة عدد كافٍ من الاصطدامات. يغطي مرصد النيوترينو بمكعب الثلج كيلومتراً مكعباً كاملاً، واكتمل بناؤه عام 2011. وسرعان ما اكتشف الباحثون أول نيوترينوات عالية الطاقة، وبعد بضع سنوات، تمكنوا من نشر اكتشافهم للنيوترينوات التي يجب أن تنشأ بعيدًا خارج مجموعتنا الشمسية. يمكن أن يبدأ البحث عن مصادر النيوترينو في الكون بشكل جدي.

يقول مارك پيرس، رئيس لجنة نوبل للفيزياء: "لقد قاد فرانسيس هالزن فريقاً دولياً من الباحثين والمهندسين الذين قدموا لنا أداةً مذهلة؛ إذ مهدت مثابرته ورؤيته العلمية الطريق لنوع جديد من علم الفلك". ستوفر تفاعلات النيوترينو التي يجمعها مرصد مكعب الثلج باستمرار للباحثين معرفةً جديدةً حول البيئات العنيفة التي تتولد فيها النيوترينوات عالية الطاقة، بل وقد تكشف عن ظواهر كونية لم تكن معروفة من قبل.

مرصد النيوترينو بمكعب الثلج

مرصد النيوترينو بمكعب الثلج في القطب الجنوبي.

في الثمانينيات، بينما كان هالزن يعمل على الجسيمات الكونية، سمع أن الباحثين السوڤييت كانوا يخططون لاستخدام أجهزة الاستقبال الراديوية لالتقاط إشارات النيوترينو في أنتاركتيكا. وكانت الفكرة أنه عندما يصطدم النيوترينو بنواة ذرية في الثلج فإنه يسبب شرارة كهربائية تنتج موجة راديوية. إذا كان هذا قوياً بما فيه الكفاية، فيمكن التقاطه باستخدام هوائي الراديو. استلهم هالزن ذلك وأدرك أن هناك طريقة أخرى يمكن أن تتمثل في تركيب أجهزة استشعار للضوء في الثلج الجليدي والبحث عن ومضات من الضوء من الاصطدامات.

في السابق، حوالي عام 1960، اقترح العديد من علماء الفيزياء أن الماء يمكن أن يكون مادة جيدة لالتقاط النيوترينوات من الفضاء. وفي المناسبات النادرة التي يصطدم فيها النيوترينو بنواة ذرية، يُنتج جسيم مشحون؛ ثم ينتقل هذا بعد ذلك في نفس اتجاه النيوترينو الأصلي وينبعث منه ضوء أزرق. ولأن الماء شفاف فيمكن اكتشاف هذا الضوء. إذا أُستخدمت المعدات المناسبة، فمن الممكن تحديد اتجاه مسار الضوء وحتى معرفة من أين جاء النيوترينو. العامل الأكثر أهمية هو وجود كمية من الماء كبيرة بما يكفي لرؤية الأدلة على العديد من تصادمات النيوترينو.

صورة مفصلة لمرصد النيوترينو بمكعب الثلج.


تمثلت فكرة هالزن في استخدام الثلج الموجود طبيعياً بدلاً من الماء. وقد تواصل مع زميله الباحث جون ليرند، الذي كان يعمل آنذاك في مشروع دوماند؛ وهو مشروع مماثل كان يهدف إلى رصد إشارات ضوئية ناتجة عن تفاعلات جسيمات النيوترينو في مياه المحيط العميقة والصافية قبالة سواحل هاواي. وعكف العالمان معاً على مناقشة الفرص والتحديات المرتبطة برصد النيوترينوات في أنتاركتيكا، ثم عرضا لأول مرة تصورهما لإنشاء مرصد للنيوترينو داخل ثلج القطب الجنوبي عام 1988، وذلك خلال مؤتمر عُقد في پولندا.

أدرك فرانسيس هالزن أن هناك مزايا عديدة لإقامة مرصد النيوترينو عند القطب الجنوبي الجغرافي؛ إذ كانت توجد هناك بالفعل محطة أبحاث، مع وجود منظومة لعمليات النقل المنتظم وتوفر كل ما يلزم لعمل الفريق. يوفر الثلج أيضاً مزايا عديدة كمادة؛ فعلى أعماق كبيرة، يسود ظلام دائم. وعلى عكس المحيط، لا توجد أي تداخلات من الكائنات الحية، كما أن مستويات المواد المشعة منخفضة للغاية. ويتميز الثلج باستقراره، موفراً بذلك سطحاً صلباً للعاملين في المنشأة، فضلاً عن أن المنطقة مستقرة جيولوجياً وتخلو من الزلازل. من السلبيات أن الطقس البارد يجعل السفر من القطب الجنوبي وإليه مستحيلاً طوال معظم فترات السنة؛ لذا يتعين إنجاز جميع الأعمال العملية خلال صيف القطب الجنوبي القصير، أي في الفترة الممتدة بين شهري نوفمبر وفبراير.

في البداية، اكتفى هالزن بالعمل نظرياً، في حين كان ليرند منشغلاً بمشروعه الخاص ولم يعد قط إلى نظرياتهما المتعلقة برصد النيوترينوات في القطب الجنوبي. كان من الممكن أن تنتهي القصة عند هذا الحد، لولا أن الفكرة أثارت اهتماماً واسعاً؛ إذ تجمّع باحثون من مؤسسات شتى حول هالزن -في غضون سنوات قليلة- لتحويل فكرته عن إنشاء مرصد للنيوترينوات في القارة القطبية الجنوبية إلى واقع ملموس. في البداية، كان عليهم حل جميع المشاكل العملية التي ينطوي عليها ذلك عن طريق وضع الأدوات في عمق الثلج. وعلموا من علماء الجليد أنه يمكن حفر ثقوب بعمق كيلومتر واحد باستخدام نوع من رؤوس الدش المتطورة التي تستخدم الماء الساخن لإذابة الجليد. ويمكن بعد ذلك إنزال كابل طويل مزود بسلاسل من أجهزة استشعار الضوء في الحفرة المملوءة بالماء. يصف هالزن هذه المستشعرات بأنها مصباح كهربائي في الاتجاه المعاكس، حيث تلتقط الأداة الضوء ثم تحوله إلى إشارة كهربائية.

أولاً، اختبر فريق البحث غمر أجهزة الاستشعار في الثلج بگرينلاند للتأكد من قدرتها على تسجيل الضوء من الجزيئات الموجودة في الثلج. ثم بدأوا في بناء أول مرصد للنيوترينو في القطب الجنوبي، وهو سلف مرصد مكعب الثلج، مرصد أماندا. وصف هالزن جلوسه إلى مائدة العشاء واضعاً حاسوبه في حجره عشية عيد الميلاد عام 1993، بانتظار رسالة تؤكد تركيب الكابل الأول المزوّد بوحدات بصرية داخل الثلج. كان الجزء العلوي من الثلج مليئاً بالفقاعات التي تشتت الضوء في اتجاهات مختلفة وتحجب تفاصيل حركة الجسيمات، ولذا جاءت المحاولات الأولى مخيبة للآمال. غير أن الثلج أثبت نقاءه وشفافيته الفائقة على أعماق تتجاوز 1400 متر؛ إذ كانت ومضات الضوء الناتجة عن النيوترينوات قادرة على الانتقال لمسافة 300 متر قبل أن تُمتص، وهي مسافة تفوق بكثير كل التوقعات. ومن النتائج الجانبية لمشروع النيوترينو أن الباحثين اكتسبوا معرفة واسعة حول خصائص الثلج عند أعماق مختلفة.

الجسيمات والأشعة التي يرسلها الكون إلى الأرض.

استمرت عمليات بناء مرصد أماندا حتى يناير 2000. ورغم أن كل شيء عمل وفقاً لما هو مخطط له، إلا أن المرصد لم يكن مؤهلاً تماماً لرصد جسيمات النيوترينو عالية الطاقة القادمة من مسرعات الجسيمات الكونية؛ لذا دعت الحاجة إلى حجم أكبر، وبدأ العمل على مشروع مرصد مكعب الثلج - وهو عبارة عن مكعب من الثلج بحجم كيلومتر مكعب واحد ومُزوَّد بمستشعرات للضوء. وقد وصل مرصد مكعب الثلج إلى حجمه النهائي عام 2011، حيث ضمَّ 5160 مستشعراً ضوئياً موزعة على 86 كابلاً. على مر السنين، واصل هالزن أداء دور المحفز، بدءاً بمشروع أماندا ووصولاً إلى مشروع مكعب الثلج لاحقاً. وبصفته باحثاً رئيسياً متفانياً ومتحمساً، فقد قاد هذه المشاريع بدءاً من مرحلة الفكرة وحتى إنجاز القياسات والحصول على النتائج العلمية.

لا يقتصر دور مراصد النيوترينو -مثل مرصد مكعب الثلج- على رصد جسيمات النيوترينو التي يبحث عنها العلماء فحسب؛ إذ يتعين رصد هذه النيوترينوات الكونية وسط خلفية من الإشارات الناجمة عن الأشعة الكونية التي تخترق الغلاف الجوي للأرض. وتتمكن بعض هذه الجسيمات من اختراق الغلاف الجوي والوصول إلى أجهزة الاستشعار الموجودة على أعماق تتراوح بين 1450 و2450 متراً تحت سطح الأرض؛ حيث يُسجَّل يومياً أكثر من مئة مليون جسيم من هذا النوع قادمة من الغلاف الجوي فوق القارة القطبية الجنوبية. كما تتسبب الأشعة الكونية أيضاً في توليد نيوترينوات داخل الغلاف الجوي، ويصل بضع مئات منها يومياً إلى مرصد مكعب الثلج بعد عبورها الكرة الأرضية بالكامل قادمةً من نصف الكرة الشمالي. للعثور على النيوترينوات الكونية، يتعين على الباحثين تحديد أحداثٍ مُنتقاة تفاعلت فيها النيوترينوات داخل الثلج. وحتى في الحالات التي يتعذر فيها الجزم تماماً بأن نيوترينواً معيناً قد نشأ خارج الأرض، يمكن للباحثين فحص جميع الأحداث المُنتقاة ومعرفة ما إذا كانت خصائصها -في مجملها- تتوافق مع التوقعات المتعلقة بالنيوترينوات الكونية وتختلف عن خصائص النيوترينوات الجوية. وفي عام 2013، أعلن الفريق البحثي عن أول دليل يؤكد رصدهم الفعلي لنيوترينوات كونية، وبعد عامين، كانوا قد جمعوا قدراً كافياً من البيانات مكّنهم من التيقن من اكتشافهم.

علم فلك النيوترينوات

بدأ علم فلك النيوترينوات على نطاق محدود في الستينيات، حين رصد ريموند ديڤيس، الأصغر نيوترينواتٍ قادمةً من الشمس. وقد أُكِّد ذلك من قِبَل الفريق البحثي في ​​مرصد كاميوكاندى للنيوترينو في اليابان، بقيادة ماساتوشي كوشيبا، إذ تمكنوا من تحديد مسار النيوترينوات وتتبُّع مصدرها. عام 1987، رصد مرصد كاميوكاندى وابلاً من النيوترينوات التي أمكن ربطها بانفجار نجم — أو ما يُعرف بالمستعر الأعظم — في سحابة ماجلان الكبرى، وهي مجرة ​​مجاورة لمجرتنا. وسرعان ما تعزز هذا الاكتشاف بقياسات للنيوترينوات أُجريت في آنٍ واحد في كل من الولايات المتحدة والاتحاد السوڤيتي. عام 2002 مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء]] لكل من ريموند ديڤيس، الأصغر وماساتوشي كوشيبا تقديراً لهذه الإنجازات الرائدة، التي أثبتت إمكانية استخدام النيوترينوات لدراسة الظواهر في الفضاء.

بقيت مشكلة واحدة: تمثّل عدد النيوترينوات التي رصدها ريموند ديڤيس، الأصغر ثلث العدد المتوقع فقط بناءً على حسابات التفاعلات التي يُفترض حدوثها داخل الشمس. وتبيّن أن السبب في ذلك يعود إلى وجود ثلاثة أنواع من النيوترينوات؛ فقد اكتشف الفيزيائيون أن النيوترينوات قادرة على تغيير هويتها (أو التحوّل من نوع لآخر)، بحيث يمكن لنيوترينو نشأ كنوعٍ معيّن أن يصل إلى جهاز الرصد على الأرض بصفته نوعاً مختلفاً، وكان رصد هذه النيوترينوات المتحوّلة يتطلب تقنيةً تختلف عن تلك التي استخدمها ريموند ديڤيس، الأصغر. كُشِف عن الطبيعة المتغيرة للنيوترينوات من خلال تجارب أُجريت في اليابان وكندا، ومُنحت جائزة نوبل في الفيزياء 2015 لكل من تاكاكي كاجيتا وآرثر مكدونالد تقديراً لهذا الاكتشاف.

وهكذا، ساعدت جسيمات النيوترينو علماء الفيزياء على تأكيد نماذجهم المتعلقة بالعمليات الجارية داخل الشمس وما يحدث في المستعرات العظمى. وتتمثل الفكرة الكامنة وراء مرصد النيوترينو بمكعب الثلج في الارتقاء بعلم فلك النيوترينو إلى مستوى جديد، إذ يُؤمَل أن توفر هذه الجسيمات معلومات حول ظواهر تحجبها سحب الغبار، أو عن أجرامٍ بعيدةٍ للغاية لدرجة أن أشكال الإشعاع الأخرى تتلاشى وتختفي أثناء رحلتها عبر الفضاء؛ فالهدف هو اكتساب معرفةٍ يتعذر الحصول عليها بأي وسيلة أخرى.

تتمتع النيوترينوات بميزة مقارنةً بالبروتونات، وهي أنها لا تحمل شحنة كهربائية. فمسار الپروتونات المشحونة في الفضاء ينحرف بفعل المجالات المغناطيسية التي تعبرها، مما يجعل من المستحيل تحديد مصدرها عن طريق تتبع الاتجاه الذي سلكته. غير أن العمليات التي تُكسب الپروتونات تسارعاً عالياً تُنتج أيضاً نيوترينوات لا تتأثر بالمجالات المغناطيسية؛ ولذا، ينبغي أن يكون من الممكن تحديد موقع تسارع اروتونات الأشعة الكونية من خلال تتبع مسار النيوترينوات ذات الطاقة الأعلى عودةً إلى مصدرها. تُعد أشعة گاما نوعاً آخر من الرسائل القادمة من أكثر العمليات عنفاً في الكون؛ وهي أيضاً تضعف عند تفاعلها مع الضوء والمادة أثناء رحلتها عبر الفضاء، في حين لا تتأثر النيوترينوات بذلك. ويتمثل أحد الأهداف المهمة في تحديد المصادر الفردية للنيوترينوات السماوية. وقد رصد مرصد النيوترينو بمكعب الثلج عدداً قليلاً من المصادر المحتملة، من بينها المجرة النشطة مسييه 77؛ إذ يبدو أن 79 نيوترينواً من تلك التي رصدها المرصد تأتي من اتجاه هذه المجرة. ومع ذلك، فإن هذه الأدلة ليست قوية بما يكفي للجزم بأن مسييه 77 هي مصدر للنيوترينوات؛ فكلما زاد عدد النيوترينوات التي تلتقطها المستشعرات، زادت احتمالية التمكن من تحديد مصدرها. في السنوات الأخيرة، تمكن الباحثون القائمون على مشروع مرصد مكعب الثلج أيضاً من رصد نيوترينوات عالية الطاقة قادمة من مجرتنا، درب التبانة. وهم يتوقعون أن هذه النيوترينوات تنشأ عندما تصطدم الأشعة الكونية بذرات الغاز الرقيق الموجود بين النجوم.

الجوائز

صورة نشرتها لجنة نوبل لجائزة نوبل في الفيزياء 2026.


جائزة نوبل في الفيزياء

في 6 أكتوبر 2026، فاز فرانسيس هالزن[19] بجائزة نوبل في الفيزياء لرصده "النيوترينو الكوني". وبحسب لجنة جائزة نوبل في الفيزياء، لقد وضع فرانسيس هالزن الأساس لنوع جديد تماماً من علم الفلك. وكانت فكرته هي استخدام الثلج الجليدي في القطب الجنوبي لالتقاط الجسيمات السرية التي تسمى النيوترينوات. وكانت النتيجة مرصد النيوترينو بمكعب الثلج، الذي يمكنه تتبع النيوترينوات التي تنشأ في الكون البعيد.

المراجع

  1. ^ "Francis Halzen and the search for ghost particles". Retrieved 8 December 2025.
  2. ^ أ ب "Bruno Pontecorvo Prize 2018 awarded to Professor Francis Halzen (University of Wisconsin, Madison, USA)". dlnp.jinr.ru.
  3. ^ أ ب "Nobel Prize in Physics 2026". NobelPrize.org (in الإنجليزية الأمريكية). Retrieved 2026-10-06.
  4. ^ أ ب Breeden, Aurelien (2026-10-06). "Nobel Prize in Physics Is Awarded to Francis Halzen". The New York Times (in الإنجليزية الأمريكية). ISSN 0362-4331. Retrieved 2026-10-06.
  5. ^ "Francis Halzen Full CV" (PDF). IceCube/University of Wisconsin. Retrieved 19 February 2020.[dead link]
  6. ^ "Academy of Europe: Halzen Francis". Academia Europaea. Retrieved 19 February 2020.
  7. ^ أ ب "2015 Balzan Prize for Astroparticle Physics including neutrino and gamma-ray observation". International Balzan Prize Foundation. October 2015. Retrieved November 11, 2018.
  8. ^ "Francis Halzen: Biographical and Bibliographical Information". International Balzan Prize Foundation. October 2015. Retrieved 19 February 2020.
  9. ^ "Alan Martin". Fellows Directory. Royal Society. Retrieved 4 December 2018.
  10. ^ "Ice at the South Pole reveals cosmic particle accelerators". لجنة جائزة نوبل للفيزياء. 2026-10-06. Retrieved 2026-10-07.
  11. ^ "Elusive particles from the universe captured at the South Pole". لجنة جائزة نوبل للفيزياء. 2026-10-07. Retrieved 2026-10-07.
  12. ^ "Elusive particles from the universe captured at the South Pole". لجنة جائزة نوبل للفيزياء. 2026-10-07. Retrieved 2026-10-07.
  13. ^ Hamish Johnston (December 13, 2013). "Cosmic neutrinos named Physics World 2013 Breakthrough of the Year". Physics World. Retrieved November 11, 2018.
  14. ^ "The 2015 EPS HEPP Prizes are announced". European Physical Society. April 14, 2015. Retrieved November 11, 2018.
  15. ^ O'Keefe, Madeleine (August 2, 2019). "Francis Halzen awarded the 2019 Yodh Prize". IceCube Neutrino Observatory.
  16. ^ "Homi Bhabha Medal and Prize, C4: Awards - IUPAP: The International Union of Pure and Applied Physics". 17 February 2021.
  17. ^ "National Academy of Sciences Elects Members and International Members". www.nasonline.org. 30 April 2024. Archived from the original on April 30, 2024. Retrieved 12 May 2024.
  18. ^ "Francis Halzen and the search for ghost particles". www.aps.org. 8 December 2025. Retrieved 9 December 2025.
  19. ^ "جائزة نوبل في الفيزياء تُمنح لعالِم رائد في رصد جسيمات كونية "شبحية"". سي إن إن. 2026-10-07. Retrieved 2026-10-07.

وصلات خارجية

تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=فرانسيس_هالزن&oldid=4375583"