Nobel de Física 2026: o telescópio enterrado no gelo do Polo Sul

Neste post, a Série Nobel 26 chega ao segundo prêmio aprofundado: Física. O texto conta quem é Francis Halzen, o que são os neutrinos, como um quilômetro cúbico de gelo da Antártida virou um telescópio e o que esse telescópio já encontrou no universo distante. A apresentação de todos os prêmios de 2026 e o calendário da série estão no post de abertura.

O anúncio

Em 6 de outubro de 2026, a Real Academia Sueca de Ciências anunciou o prêmio de Física. Desta vez ele foi para uma única pessoa, o físico Francis Halzen, "for decisive contributions to the IceCube Neutrino Observatory and the discovery of high-energy neutrinos of astrophysical origin". Em português: por contribuições decisivas ao Observatório de Neutrinos IceCube e pela descoberta de neutrinos de alta energia vindos do espaço.

O valor é de 12 milhões de coroas suecas, todo para Halzen.

Mark Pearce, presidente do Comitê Nobel de Física, resumiu assim: Halzen liderou uma equipe internacional de pesquisadores e engenheiros que construiu "um instrumento fantástico", e a persistência dele abriu caminho para um novo tipo de astronomia.

O laureado

Francis Halzen nasceu em 1944 em Tienen, na Bélgica. Fez o doutorado em 1969 na Universidade Católica de Lovaina (KU Leuven), também na Bélgica. Pouco depois foi para a Universidade de Wisconsin em Madison, nos Estados Unidos, onde é professor até hoje.

No começo da carreira, Halzen estudava partículas pesadas, feitas de quarks, as peças que formam prótons e nêutrons. Com o tempo, passou a olhar para as partículas que chegam do espaço. Percebeu que a física de partículas podia aprender com elas, e que a astronomia podia usar as ferramentas da física de partículas.

Figura 1. Francis Halzen em 2025, no XXI Workshop de Telescópios de Neutrinos do INFN, em Pádua, na Itália. Foto: INFN, Wikimedia Commons, CC0 (domínio público).

A partícula mais tímida do universo

O neutrino é uma partícula sem carga elétrica e com massa quase zero. Ele atravessa a matéria quase sem tocar em nada. A cada segundo, cerca de 65 bilhões de neutrinos vindos do Sol passam pela unha do seu dedo mindinho, sem que você perceba. Eles também atravessam a Terra inteira de um lado ao outro.

Só muito raramente um neutrino bate de frente no núcleo de um átomo. Quando isso acontece, ele deixa um sinal. É esse choque raro que os cientistas tentam flagrar.

Neutrinos são produzidos em muitos lugares: no Sol, em materiais radioativos, em usinas nucleares e no ar, quando partículas do espaço batem na atmosfera. Os que mais interessam a Halzen são outros, muito mais raros. Eles chegam de regiões distantes do universo carregando uma energia enorme.

O mistério dos aceleradores do cosmos

A Terra é bombardeada o tempo todo por partículas vindas do espaço, chamadas de raios cósmicos. Na maioria são prótons, o núcleo do átomo de hidrogênio. Alguns chegam com energia até 1 milhão de vezes maior do que a dos prótons acelerados nos laboratórios da Terra.

De onde vêm esses prótons tão energéticos é uma das perguntas mais antigas da astronomia. O problema é que o próton tem carga elétrica. No caminho, os campos magnéticos do espaço desviam a trajetória dele, como o vento desvia uma bola de papel. Quando o próton chega aqui, a direção de onde ele parece vir já não aponta para a origem.

Os mesmos processos que aceleram prótons também produzem neutrinos de alta energia. O neutrino, sem carga, não é desviado pelos campos magnéticos. Ele também não é barrado por nuvens de poeira e não perde energia no caminho. Por isso, segue em linha reta desde a origem. Se for possível captá-lo e medir a direção de chegada, dá para apontar o lugar do céu onde ele nasceu.

A ideia: usar o gelo da Antártida

Por volta de 1960, alguns físicos já tinham sugerido que a água poderia servir para captar neutrinos do espaço. Quando um neutrino bate num núcleo, ele cria uma partícula com carga elétrica que segue na mesma direção e emite uma luz azulada. Como a água é transparente, essa luz pode ser vista por sensores. Pela trilha de luz, dá para saber de onde o neutrino veio. O desafio é ter água suficiente para que esses choques raros aconteçam com alguma frequência.

Nos anos 1980, Halzen soube que pesquisadores soviéticos planejavam usar antenas de rádio para captar neutrinos na Antártida. A ideia o inspirou a pensar numa alternativa: enterrar sensores de luz no gelo de uma geleira e procurar os flashes deixados pelos choques.

Ele procurou o colega John G. Learned, que trabalhava no projeto DUMAND. Esse projeto tentava captar a mesma luz no fundo do mar, perto do Havaí. Em 1988, numa conferência na Polônia, os dois apresentaram pela primeira vez o conceito de um observatório de neutrinos no gelo do Polo Sul.

O Polo Sul tinha várias vantagens. Já existia ali uma estação de pesquisa, a Amundsen-Scott, com transporte regular e estrutura para equipes. Em grande profundidade, o gelo fica no escuro total. Ao contrário do mar, não há animais nem plantas emitindo luz, e há pouca radioatividade natural. A região também é estável e não tem terremotos. A desvantagem é o frio. As viagens só são possíveis no curto verão antártico, entre novembro e fevereiro, e todo o trabalho de obra precisa caber nesses meses.

Furos de quase 2,5 quilômetros com chuveiro de água quente

Learned voltou ao próprio projeto, e a ideia do gelo poderia ter parado ali. Mas o conceito atraiu tanta gente que, em poucos anos, pesquisadores de várias instituições se reuniram em torno de Halzen para tirá-lo do papel.

O primeiro problema era prático: como colocar sensores a quilômetros de profundidade no gelo. Com especialistas em geleiras, a equipe aprendeu a abrir furos com uma espécie de chuveiro sofisticado que derrete o gelo com água quente. Dentro do furo ainda cheio de água, desce um cabo longo com sensores de luz presos em fila. Depois a água congela e os sensores ficam presos no gelo para sempre.

Figura 2. O acampamento de perfuração do IceCube no Polo Sul em dezembro de 2009. Os carretéis guardam as mangueiras de água quente usadas para derreter os furos. Foto: Amble, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

Halzen descreve esses sensores como "uma lâmpada ao contrário". Uma lâmpada recebe eletricidade e solta luz. O sensor recebe luz e solta um sinal elétrico, que sobe pelo cabo até os computadores na superfície.

Figura 3. Um dos sensores de luz do IceCube antes de descer para o furo número 85, em dezembro de 2009. As assinaturas são de pessoas da equipe. Foto: Amble, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

AMANDA, o primeiro teste

Antes de ir ao Polo Sul, a equipe testou os sensores no gelo da Groenlândia. Depois veio o primeiro observatório antártico, chamado AMANDA. Halzen conta que passou a véspera de Natal de 1993 à mesa de jantar, com o computador no colo, esperando a mensagem que confirmaria a instalação do primeiro cabo com sensores.

O começo decepcionou. A parte de cima do gelo era cheia de bolhas de ar. As bolhas espalhavam a luz para todos os lados e borravam a trilha deixada pelas partículas. Abaixo de 1.400 metros de profundidade, porém, o gelo se mostrou muito puro e transparente. Ali, a luz de um choque viajava 300 metros antes de se apagar, muito mais do que alguém esperava. Como efeito colateral, o projeto ensinou muito aos cientistas sobre o gelo em diferentes profundidades.

O AMANDA ficou pronto em janeiro de 2000 e funcionou como planejado. Ainda era pequeno demais para pegar os neutrinos raros de alta energia. Para isso, era preciso muito mais gelo.

IceCube: um quilômetro cúbico de gelo

O passo seguinte foi o IceCube. Ele ficou completo em 2011, com 5.160 sensores de luz distribuídos em 86 cabos. Os cabos ficam a 125 metros uns dos outros, e os sensores estão entre 1.450 e 2.450 metros abaixo da superfície. O conjunto vigia um quilômetro cúbico de gelo, um bloco com 1 quilômetro de largura, 1 de comprimento e 1 de altura. Isso dá cerca de 1 bilhão de toneladas de gelo.

Na superfície fica o laboratório que recebe os sinais, o IceCube Lab. Durante todos esses anos, Halzen foi o pesquisador principal do projeto. Segundo o comitê do Nobel, foi ele quem levou o IceCube da ideia até as medições e os resultados científicos.

Figura 4. O laboratório do IceCube no inverno do Polo Sul, em 2021, com a Via Láctea e uma aurora austral no céu. A luz vermelha é de segurança. Foto: John Hardin, Wikimedia Commons, CC BY 4.0.

Achar a agulha no palheiro

O IceCube registra muito mais do que os neutrinos que os cientistas procuram. Todo dia, mais de 100 milhões de partículas criadas na atmosfera acima da Antártida chegam até os sensores. Além delas, algumas centenas de neutrinos por dia chegam depois de atravessar a Terra inteira, vindos da atmosfera do hemisfério norte.

Os neutrinos do espaço profundo precisam ser separados desse ruído. A diferença principal está na energia. Os neutrinos de fora do sistema solar chegam com muito mais energia do que os da atmosfera. Pelas contas do comitê, só cerca de 100 por ano devem vir do espaço distante.

Em 2013, depois de dois anos de dados, a equipe achou dois neutrinos com energia acima de 1 petaelétron-volt, ou mil trilhões de elétron-volts. É uma energia mais de 100 vezes maior que a de um próton no LHC, o maior acelerador de partículas da Terra. Ninguém estava procurando exatamente aquilo. Os dois apareceram por acaso, numa busca por outro tipo de neutrino.

Os dois eventos mudaram o jeito de analisar os dados. No mesmo conjunto de dados, a equipe encontrou 28 neutrinos de alta energia e publicou o resultado na revista Science, ainda em 2013. Em 2014, com mais dados, a chance de tudo aquilo ser só ruído da atmosfera foi descartada com segurança estatística.

O neutrino mais energético já publicado pelo IceCube foi registrado em 31 de março de 2019 e divulgado em março de 2026. Ele tinha cerca de 11,4 petaelétron-volts.

O que o IceCube já encontrou

Depois da descoberta, a pergunta passou a ser de onde esses neutrinos vêm. O IceCube manda um alerta automático para observatórios do mundo todo quando capta um neutrino promissor.

Em 22 de setembro de 2017, um neutrino de alta energia chegou da direção do blazar TXS 0506+056. Blazar é uma galáxia com um buraco negro gigante no centro que dispara um jato de matéria quase na velocidade da luz, apontado para a Terra. Em menos de um minuto, o alerta saiu para telescópios de todo o planeta. Eles viram que a galáxia estava mais brilhante que o normal. Ao revisar dados antigos, a equipe achou também um surto de neutrinos vindos do mesmo ponto entre setembro de 2014 e março de 2015.

Em 2022, a equipe anunciou 79 neutrinos vindos da direção da galáxia NGC 1068, também chamada de M77. Ela fica a 46 milhões de anos-luz, na constelação da Baleia, e tem no centro um buraco negro com 15 milhões de vezes a massa do Sol, coberto por uma camada grossa de gás e poeira. A luz quase não atravessa essa camada, mas os neutrinos atravessam. O comitê do Nobel ressalta que a prova ainda não é forte o bastante para cravar NGC 1068 como fonte, e que mais dados vão ajudar.

A equipe também detectou neutrinos de alta energia vindos da nossa própria galáxia, a Via Láctea. A explicação mais provável é o choque de raios cósmicos com o gás rarefeito entre as estrelas. O resultado saiu na Science em 2023.

Contexto: os neutrinos no Nobel

A astronomia de neutrinos começou pequena, nos anos 1960, quando o americano Raymond Davis Jr. captou neutrinos vindos do Sol. A equipe do japonês Masatoshi Koshiba, no detector Kamiokande, confirmou os resultados e conseguiu traçar a direção de origem. Em 1987, o Kamiokande captou uma rajada de neutrinos de uma estrela que explodiu na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia vizinha. Davis e Koshiba ganharam o Nobel de Física de 2002.

Davis, porém, captava só um terço dos neutrinos solares previstos pelas contas. A explicação veio depois: existem três tipos de neutrinos, e eles mudam de tipo no caminho. Um neutrino que sai do Sol de um tipo pode chegar à Terra como outro. Essa descoberta deu o Nobel de Física de 2015 a Takaaki Kajita e Arthur B. McDonald.

Esses prêmios mostraram que o neutrino serve para estudar o Sol e as estrelas que explodem. O IceCube levou a técnica para muito mais longe, até galáxias a milhões de anos-luz.

O que vem depois

O IceCube continua captando neutrinos todos os dias. Outros telescópios de neutrinos estão em construção no hemisfério norte, na água em vez do gelo: no lago Baikal, na Rússia, no mar Mediterrâneo, no mar do Sul da China e na costa oeste do Canadá. O DUMAND, projeto havaiano que inspirou Halzen, terminou em 1995, mas a experiência dele vive nesses projetos.

No Polo Sul, já está em planejamento uma ampliação chamada IceCube-Gen2. Ela deve ocupar 8 quilômetros cúbicos de gelo, oito vezes o tamanho atual.

Leia também

• Série Nobel 26: abertura e os vencedores de 2026
• Nobel de Medicina 2026: o interruptor de luz do cérebro

O próximo post da série sai em 5 de novembro de 2026, sobre o Nobel de Química e as moléculas que são imagem no espelho uma da outra.

Para saber mais

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• Livro: Neutrino, de Frank Close (Oxford University Press, 2012, em inglês). Livro curto de divulgação que conta a história do neutrino, da previsão de Wolfgang Pauli até os detectores subterrâneos e a astronomia de neutrinos.
• Nobel de Física 2026, comunicado oficial
• Nobel de Física 2026, informação popular: "Ice at the South Pole reveals cosmic particle accelerators"
• Nobel de Física 2026, informação avançada (PDF)
• Nobel de Física 2026, resumo
• Artigo: IceCube Collaboration, "First observation of PeV-energy neutrinos with IceCube", Physical Review Letters (2013)
• Artigo: IceCube Collaboration, "Evidence for high-energy extraterrestrial neutrinos at the IceCube detector", Science (2013)
• Artigo: IceCube Collaboration e outros, "Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A", Science (2018)
• Artigo: IceCube Collaboration, "Evidence for neutrino emission from the nearby active galaxy NGC 1068", Science (2022)
• Artigo: IceCube Collaboration, "Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane", Science (2023)

Imagens:

• Figura 1, Francis Halzen: INFN, Wikimedia Commons, CC0.
• Figura 2, acampamento de perfuração do IceCube: Amble, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.
• Figura 3, sensor de luz do IceCube: Amble, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.
• Figura 4, laboratório do IceCube à noite: John Hardin, Wikimedia Commons, CC BY 4.0.