O Nobel da Física de 2026 premiou Francis Halzen por um detetor de neutrinos enterrado no gelo da Antártida e pelo que esse detetor apontado ao céu encontrou. A motivação do Comité Nobel tem duas metades, e a primeira foi condição da segunda.
Ouve o artigo:
Em 2013, ao fim de dois anos de dados, a equipa do IceCube encontrou dois neutrinos com cerca de um petaeletrão-volt cada, ou seja, mil biliões de eletrões-volt. Não andava à procura deles. O detetor, enterrado no gelo do polo sul, estava a ser usado para procurar partículas de energia ainda mais alta, e os dois eventos apareceram pelo caminho.
Treze anos depois, a 6 de outubro de 2026, a Academia Real das Ciências da Suécia atribuiu o Nobel da Física a Francis Halzen, físico belga da Universidade do Wisconsin-Madison. A motivação tem duas metades: os contributos decisivos para o observatório IceCube e a descoberta de neutrinos de alta energia de origem astrofísica.
Os dois neutrinos de 2013 foram o início da segunda. A primeira começou em 1988, com uma ideia de Halzen.
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O que o Comité Nobel premiou
Halzen recebeu o prémio sozinho, coisa que não acontecia na física desde 1992; o Nobel da Medicina do mesmo ano foi dividido por três investigadores. Nasceu em 1944 em Tienen, na Bélgica, fez o doutoramento na Universidade Católica de Lovaina em 1969 e mudou-se pouco depois para o Wisconsin, onde ficou. É físico teórico, e o prémio distingue um instrumento enterrado no gelo da Antártida, um continente onde nunca pôs os pés.
O que se premeia é o percurso que liga uma coisa à outra. Halzen imaginou o detetor, juntou à volta da ideia os investigadores que o construíram e dirigiu o IceCube desde 2001.
Mark Pearce, presidente do Comité Nobel da Física, afirmou no comunicado do prémio que a tenacidade e a visão científica de Halzen “abriram caminho a um novo tipo de astronomia”, uma astronomia que observa o céu com neutrinos em vez de luz.
Porque é que o neutrino serve de mensageiro
O IceCube é um telescópio de neutrinos. A Academia descreve o neutrino como a partícula mais tímida do universo: não tem carga elétrica e quase não tem massa. Atravessa a matéria sem dar por ela. Por cada segundo que passa, 65 mil milhões de neutrinos vindos do Sol atravessam a unha de um dedo mínimo. Quase nenhum colide com nada.
O interesse por uma partícula tão difícil de apanhar vem de outra, mais fácil. O espaço está atravessado por raios cósmicos, sobretudo protões, núcleos de hidrogénio despidos dos seus eletrões. Alguns chegam à Terra com energias até um milhão de vezes acima do que os aceleradores de partículas construídos em laboratório conseguem dar-lhes. Ninguém sabe ao certo onde são acelerados.
O protão não diz de onde vem. Tem carga elétrica, e os campos magnéticos que atravessa pelo caminho curvam-lhe a trajetória até ela deixar de apontar para a origem. A radiação gama, que nasce nos mesmos processos, perde energia ao chocar com luz e matéria durante a viagem, e algumas das fontes estarão escondidas atrás de nuvens de poeira que a travam.
Com o neutrino nada disto acontece. Os processos que aceleram protões a energias extremas também produzem neutrinos de alta energia, e o neutrino viaja em linha reta, sem perder energia nem mudar de direção. Seguir a direção de um neutrino de volta ao céu é, em princípio, apontar para o acelerador cósmico que o produziu.
A dificuldade está no “em princípio”. Muito raramente, um neutrino choca com o núcleo de um átomo. Dessa colisão nasce uma partícula carregada que segue na mesma direção e emite um clarão de luz azul. Num material transparente, esse clarão pode ser visto. Como os neutrinos cósmicos de alta energia são raros, é preciso vigiar um volume de material enorme para apanhar colisões suficientes.
A primeira metade do prémio: um detetor de neutrinos no gelo
A primeira resposta foi a água. Em 1960, o físico soviético Moisei Markov, Frederick Reines e Kenneth Greisen propuseram, cada um por si, usar grandes volumes de água como detetor de neutrinos vindos do espaço. Em 1975, Reines e John Learned lançaram uma série de encontros que desenharam um detetor do tamanho de um quilómetro, feito de cabos com sensores de luz ancorados ao fundo do mar.
Esse plano tomou forma no DUMAND (Deep Underwater Muon and Neutrino Detector), ao largo do Havai, a 4800 metros de profundidade. Um primeiro cabo foi instalado em 1993 e avariou pouco depois. O oceano tinha também ruído próprio: a bioluminescência dos organismos marinhos e o potássio radioativo dissolvido na água interferiam com as medições. O projeto foi cancelado em 1995.
Halzen chegou ao tema por outra porta. No outono de 1987, numa palestra na Universidade do Kansas, um glaciologista na plateia falou-lhe de planos soviéticos para captar, com antenas de rádio, os sinais de neutrinos a colidir no gelo antártico. Halzen e dois colegas concluíram que o método só funcionaria para energias acima das que interessavam. Mas a ideia do gelo ficou.
Em junho de 1988, Halzen e Learned, que então dirigia o DUMAND, publicaram a primeira proposta de um detetor de neutrinos no gelo polar. Nesse ano, apresentaram o conceito numa conferência na Polónia. Em 2020, numa entrevista de história oral ao American Institute of Physics, Halzen contou que foi lá para ver se o corriam do palco à gargalhada. Ninguém se riu.
Em 1999, num artigo intitulado “Antarctic Dreams” para a revista The Sciences, citado pelo Comité Nobel, Halzen admitiu que outros deviam ter pensado no mesmo e desistido. “Se não fosse completamente ignorante sobre o que então se sabia das propriedades óticas do gelo natural, provavelmente teria feito o mesmo.”
O polo sul tinha a seu favor coisas que o oceano não tinha. Já lá existia uma estação de investigação, com transportes regulares. À grande profundidade, a escuridão é permanente. Não há seres vivos a emitir luz, a radioatividade é baixa, a zona não tem sismos e o gelo dá um chão firme a quem trabalha. Contra, há o frio: todo o trabalho tem de caber no verão antártico, entre novembro e fevereiro.
Em 1991, sensores descidos em furos já abertos no manto de gelo da Gronelândia mostraram que o gelo era transparente o bastante para registar a luz de partículas vindas da atmosfera. Em 1992, a equipa fez as primeiras tentativas de descer sensores no glaciar do polo sul.
As bolhas a 800 metros: do AMANDA ao IceCube
Na véspera de Natal de 1993, Halzen estava à mesa de jantar, com o computador no colo, à espera de uma mensagem a confirmar que o primeiro cabo com sensores tinha ficado instalado no gelo. Era o início do AMANDA (Antarctic Muon and Neutrino Detector Array), o antecessor do IceCube.
Os primeiros resultados foram uma desilusão. Entre 800 e 1000 metros, o gelo está cheio de bolhas de ar com 50 micrómetros que espalhavam a luz em todas as direções e baralhavam a trajetória das partículas. Abaixo dos 1400 metros, o gelo revelou-se de uma pureza que ninguém esperava: a luz percorria ali 300 metros antes de ser absorvida.
Na entrevista telefónica gravada pela Fundação Nobel depois do anúncio, Halzen lembrou uma conferência em Veneza, no início do projeto, em que apresentou o detetor com uma ressalva, “Deo volente”, se Deus quiser, e a lista dos obstáculos a vencer. A ótica do gelo era um deles. A transparência resolveu-o, e Halzen não reclama mérito. “Para lá de todos os outros riscos, foi isto que tornou o projeto possível, e foi pura sorte.”
A explicação, vista depois, é simples: aquele gelo é neve caída na Antártida há 50 mil anos, de uma pureza extrema.
O AMANDA foi construído por fases até 2000. Funcionou como previsto, mas era pequeno demais para os neutrinos de alta energia que se procuravam.
O investigador principal do AMANDA era Bob Morse. Halzen, que tinha escrito a proposta inicial, assumiu esse papel no IceCube em 2001, por imposição: o projeto não avançaria se ele não fosse o responsável no momento em que o dinheiro fosse libertado. “Sempre achei má ideia, e ainda acho, pôr um teórico a dirigir uma experiência”, disse ao American Institute of Physics.
Em 2003, com o projeto em dificuldades de gestão, contratou Jim Yeck como diretor de projeto.
Como funciona o IceCube
O IceCube ficou completo em 2011. São 5160 sensores de luz distribuídos por 86 cabos, colocados entre 1450 e 2450 metros abaixo da superfície; a rocha está a 2820 metros. Cada sensor é um tubo fotomultiplicador dentro de uma esfera de vidro, virado para baixo, com eletrónica que trata o sinal antes de o enviar para um edifício à superfície. Daí, os dados seguem por satélite.
Halzen descreve o sensor como uma lâmpada ao contrário: recebe luz e devolve um sinal elétrico.
Os furos fazem-se com água quente, por um sistema herdado da glaciologia que funciona como um chuveiro de alta pressão. O equipamento de perfuração foi desenhado e construído no Physical Sciences Laboratory da Universidade do Wisconsin-Madison, um laboratório técnico sem fins lucrativos que a universidade manteve quando outras fecharam os seus. “O Wisconsin sempre foi um sítio que tolerou física pouco convencional e ideias pouco convencionais”, disse Halzen na entrevista à Fundação Nobel.
O detetor está quase sempre a ver outra coisa. Todos os dias regista mais de cem milhões de partículas criadas pelos raios cósmicos ao entrarem na atmosfera por cima da Antártida. Os neutrinos de origem atmosférica que atravessam a Terra inteira a partir do hemisfério norte chegam a algumas centenas por dia.
Os de origem astrofísica são cerca de cem por ano. Encontrá-los é um exercício de seleção: o volume exterior de gelo serve de escudo e os eventos que começam já dentro do detetor ficam mais limpos.
O IceCube é financiado e operado sobretudo pela National Science Foundation (NSF), a agência federal de ciência dos Estados Unidos, através da universidade. A colaboração junta cerca de 450 cientistas de 58 instituições em 14 países. “Em retrospetiva, o mais espantoso é termos conseguido financiamento”, disse Halzen depois do anúncio.
A segunda metade do prémio: neutrinos de fora do sistema solar
Os dois neutrinos de 2013 tinham 1,04 e 1,14 PeV e foram encontrados com dados recolhidos entre maio de 2010 e maio de 2012. Orientaram a análise seguinte, e no mesmo conjunto de dados apareceram mais 28 neutrinos de alta energia.
Em 2014, a hipótese de serem todos de origem atmosférica foi rejeitada a 5,7 sigma, uma medida estatística da improbabilidade de o sinal ser acaso. Em física de partículas, o limiar para se falar de descoberta é cinco sigma.
É esta a descoberta que dá nome à segunda metade da motivação. Segundo a Academia, eram neutrinos que tinham de vir de muito longe do sistema solar, e a procura das fontes podia começar a sério.
A 22 de setembro de 2017, o IceCube registou um neutrino de cerca de 290 teraeletrões-volt vindo de uma direção a 0,06 graus do blazar TXS 0506+056, uma galáxia ativa cujo jato aponta para a Terra. Em 2022, a colaboração anunciou 79 neutrinos vindos da direção da galáxia NGC 1068, também chamada Messier 77, com 4,2 sigma.
Halzen diz que os dados indicam que esses neutrinos nascem muito perto do buraco negro central, num sítio de onde a luz não sai. O Comité Nobel é mais cauteloso: o indício ainda não chega para fixar NGC 1068 como fonte.
A primeira fonte confirmada está mais perto. Em 2023, o IceCube mostrou neutrinos de alta energia vindos da Via Láctea, a 4,5 sigma. Em 2026, com 12 anos de dados, o sinal subiu para 5,7 sigma. A Via Láctea passou a ser a primeira fonte de neutrinos de alta energia acima do limiar de descoberta. Não há, dentro dela, nenhum ponto identificado: os neutrinos nascem quando raios cósmicos acelerados na galáxia chocam com o gás rarefeito entre as estrelas.
O neutrino de maior energia alguma vez registado pelo IceCube chegou a 31 de março de 2019, com 11,4 PeV.
O KM3NeT e o regresso ao Mediterrâneo
O mar não desistiu dos neutrinos depois do DUMAND. O Comité Nobel atribui ao projeto do Havai um legado técnico que passou ao telescópio do lago Baikal, na Sibéria, e ao ANTARES, instalado no Mediterrâneo a 2500 metros de profundidade, ao largo de Toulon. Nas mesmas águas, e também ao largo da Sicília, está o KM3NeT, um telescópio de neutrinos cujo nome remete para o quilómetro cúbico de água que vai ocupar. Tem dois detetores.
O ORCA está a 2450 metros de profundidade, cerca de 40 quilómetros ao largo de Toulon, e estuda as propriedades dos próprios neutrinos. O ARCA, dedicado aos neutrinos cósmicos, está a 3450 metros, cerca de 80 quilómetros ao largo de Portopalo di Capo Passero, no extremo sul da Sicília. Quando estiver completo, o KM3NeT ocupará mais de um quilómetro cúbico.
A 13 de fevereiro de 2023, o ARCA registou um neutrino com cerca de 220 PeV, quase 20 vezes a energia do recorde do IceCube. O evento ficou registado como KM3-230213A e foi publicado na Nature a 12 de fevereiro de 2025. O detetor funcionava então com cerca de um décimo da configuração prevista.
Uli Katz, membro fundador do KM3NeT e professor na Universidade Friedrich-Alexander de Erlangen-Nuremberga, sublinhou isso mesmo: foi uma descoberta feita logo na fase de arranque. O documento científico do Comité Nobel cita o artigo do KM3NeT na sua bibliografia.
Em 2025, o KM3NeT reunia mais de 360 cientistas, engenheiros, técnicos e estudantes de quase 70 instituições. Na lista oficial de membros estão 24 países, entre eles Itália, França, Espanha e Grécia, quatro universidades de Marrocos, três da África do Sul e uma instituição observadora na Argélia.
Paul de Jong, porta-voz do KM3NeT e investigador da Universidade de Amesterdão, reagiu ao prémio à revista Sky & Telescope: Halzen é “um verdadeiro pioneiro” e tornou o IceCube real “num ambiente muito difícil”.
O documento científico do Comité Nobel descreve a próxima década como uma rede. Além do KM3NeT, há telescópios de neutrinos em construção ou em projeto no lago Baikal (Baikal-GVD), ao largo da ilha de Vancouver, no Pacífico (P-ONE), e no mar do Sul da China (TRIDENT), todos em água.
No polo sul, o IceCube Upgrade foi instalado entre 2025 e 2026 para baixar o limiar de energia do detetor, e os primeiros dados científicos estão previstos ainda para 2026. O passo seguinte, o IceCube-Gen2, terá cerca de 8 quilómetros cúbicos de gelo.
A notícia do prémio encontrou Halzen num quarto de hotel em Bergamo, no norte de Itália, depois de um fim de semana num festival de ciência na cidade. Estava a escrever uma candidatura a financiamento e, numa reunião, brincou dizendo que esperava que o prémio a ajudasse a ser aprovada.
Na entrevista à Fundação Nobel, recusou prever como será a astronomia de neutrinos daqui a 50 anos, ou mesmo daqui a um. O IceCube recolhe dados em plena capacidade desde 2011.
