7 okt. 2026
1 minuut
De Nobelprijs voor Natuurkunde 2026 gaat naar de Belgisch-Amerikaanse natuurkundige Francis Halzen. Hij krijgt de prijs voor zijn beslissende bijdragen aan het IceCube Neutrino Observatory en de ontdekking van hoogenergetische neutrino’s van astrofysische oorsprong. IceCube is een van de opmerkelijkste meetinstrumenten die ooit zijn gebouwd: een kubieke kilometer Antarctisch ijs, uitgerust met duizenden lichtsensoren.
Een telescoop van een kubieke kilometer. 86 verticale kabels. 5160 lichtdetectoren. Tot 2,5 kilometer diep in het ijs van Antarctica. Het klinkt als een uitzonderlijk groot technisch project. Maar IceCube is nog opmerkelijker vanwege wat het probeert te meten: neutrino’s. Deze elementaire deeltjes hebben geen elektrische lading en reageren maar uiterst zelden met materie. Daardoor kunnen ze dwars door sterren, planeten en grote hoeveelheden materie reizen.
Dat maakt ze moeilijk te detecteren, maar juist daardoor zijn ze ook bijzonder waardevolle boodschappers uit het heelal. Halzen zag al eind jaren tachtig dat het diepe, heldere ijs van Antarctica daarvoor een geschikt detectormedium kon zijn. Zijn idee groeide uit tot IceCube en daarmee tot een nieuw soort astronomie.
Een deeltje dat bijna nergens op reageert
Neutrino’s zijn elektrisch neutrale elementaire deeltjes met een zeer kleine massa. Ze behoren, samen met onder meer elektronen en quarks, tot de elementaire bouwstenen van de materie. Hun bijzondere eigenschap is hun geringe wisselwerking met andere materie. Een enorme hoeveelheid neutrino’s passeert voortdurend de aarde zonder daar iets van te merken. Daardoor kunnen neutrino’s ook uit gebieden ontsnappen waar elektromagnetische straling, zoals licht en gammastraling, wordt geabsorbeerd of verstrooid.
Voor astronomen maakt dat neutrino’s interessant. Een geladen kosmisch deeltje wordt onderweg door magnetische velden afgebogen. Een foton kan worden geabsorbeerd of verstrooid. Een neutrino heeft daar veel minder last van. De richting waarin het op aarde aankomt, kan daarom informatie geven over de bron waar het is geproduceerd.
Dat opent de mogelijkheid van een nieuwe vorm van astronomie: niet alleen kijken naar het heelal met licht, maar het heelal bestuderen aan de hand van deeltjes. Het probleem is dat vrijwel geen enkel neutrino zich laat betrappen.
Het idee van Halzen
Francis Halzen werd in 1944 geboren in Tienen. Hij studeerde natuurkunde aan de KU Leuven, waar hij in 1969 promoveerde. Na een periode bij Cern werd hij in 1972 hoogleraar aan de University of Wisconsin-Madison. Hij richtte zijn onderzoek op deeltjesfysica, astrofysica en kosmologie. Eind jaren tachtig kwam hij met het idee om een enorme hoeveelheid natuurlijk ijs te gebruiken als detector voor hoogenergetische neutrino’s. Het was een gedurfd idee. Een detector hoefde volgens Halzen niet per se een kunstmatig gebouwd vat met water of een andere detectievloeistof te zijn. De natuur had op Antarctica al een enorm volume transparant materiaal klaarliggen.
De eerste stap was Amanda, de Antarctic Muon And Neutrino Detector Array. Die detector werd in de jaren negentig ontwikkeld als demonstratie dat het Antarctische ijs geschikt was voor dit soort metingen. Amanda vormde de technische en wetenschappelijke voorloper van IceCube. De ervaring met het boren, installeren en uitlezen van optische sensoren in het ijs maakte de weg vrij voor een veel grotere detector.
Een neutrino zie je niet
Halzen werd in 2001 hoofdonderzoeker van IceCube. Het bijzondere aan IceCube is dat de detector het neutrino zelf niet rechtstreeks waarneemt. Het experiment wacht op het zeldzame moment waarop een neutrino met een atoom in het ijs reageert. Daarbij ontstaan geladen secundaire deeltjes. Een muon kan bijvoorbeeld door het ijs bewegen en daarbij Cherenkovlicht produceren.
Dat gebeurt wanneer het geladen deeltje sneller door het ijs beweegt dan licht zich in dat ijs kan voortplanten. Het is dus niet sneller dan de lichtsnelheid in vacuüm; het overschrijdt de lagere lichtsnelheid die licht in ijs heeft. Dat levert een karakteristieke lichtpuls op, en die lichtpuls is precies wat IceCube meet.
De detector bestaat uit 5160 digitale optische modules, verdeeld over 86 verticale strings. Elke string bevat 60 modules. De strings zijn neergelaten in geboorde gaten en bevroren vervolgens vast in het ijs. De detector beslaat ongeveer een kubieke kilometer, op een diepte van circa 1450 tot 2450 meter.
Iedere optische module bevat onder meer een fotomultiplicator en elektronica voor het registreren en digitaliseren van het licht. De meetgegevens van duizenden modules worden gecombineerd. Uit de onderlinge verschillen in aankomsttijd en lichtintensiteit kunnen onderzoekers de vorm van een gebeurtenis reconstrueren. Daaruit volgen onder meer de richting en energie van de secundaire deeltjes en daarmee informatie over het oorspronkelijke neutrino.
IceCube is daarmee in zekere zin een driedimensionale camera. Alleen fotografeert de camera geen objecten. Hij reconstrueert de sporen die een onzichtbaar deeltje in het ijs heeft achtergelaten.
Waarom het ijs van Antarctica?
Dat IceCube op de Zuidpool staat, is geen toevalligheid. De detector heeft een groot volume helder materiaal nodig waarin Cherenkovlicht zich voldoende goed kan verspreiden. Diep in de Antarctische ijskap is het ijs vrij van de luchtbelletjes die in oppervlakkiger sneeuw en ijs voor sterke lichtverstrooiing zorgen.
De engineering-uitdaging was vervolgens om duizenden sensoren kilometers diep in dat ijs te plaatsen. Daarvoor werden gaten met een diameter van ongeveer 60 centimeter tot een diepte van 2450 meter gesmolten met heet water. In elk gat werd een string met optische modules neergelaten. Zodra het gat weer dichtvroor, bevonden de sensoren zich permanent in het ijs.
De bouw van IceCube begon in 2004. Gedurende zeven Antarctische zomers werden strings geboord, geplaatst en in bedrijf genomen. Op 18 december 2010 werd de laatste van de 86 strings neergelaten. Daarmee was de detector voltooid. De eerste volledig geïnstrumenteerde wetenschappelijke meetperiode begon vervolgens op 13 mei 2011.
Dat onderscheid is relevant: IceCube was eind 2010 fysiek compleet, maar werd in 2011 als volledig instrument operationeel.
De eerste grote vangst
De eerste jaren leverden veel gegevens op over neutrino’s die in de aardatmosfeer ontstaan. Maar de onderzoekers waren vooral geïnteresseerd in iets anders: neutrino’s met veel hogere energie, afkomstig uit het heelal.
In de gegevens doken in 2011 en 2012 twee opvallende gebeurtenissen op. Ze kregen de bijnamen Bert en Ernie. Het ging om neutrino’s met energieën in het peta-elektronvoltgebied. Twee gebeurtenissen waren nog niet genoeg om een ontdekking te claimen. Maar ze vormden wel een aanwijzing dat IceCube iets veel interessanters kon zien.
In november 2013 volgde het grote resultaat. In twee jaar aan gegevens vond IceCube in totaal 28 zeer energierijke neutrino-gebeurtenissen. Hun eigenschappen waren niet goed te verklaren met de verwachte achtergrond van neutrino’s en muonen uit de aardatmosfeer. De gegevens leverden daarmee het eerste sterke bewijs voor een populatie van neutrino’s van buiten het zonnestelsel, afkomstig van kosmische deeltjesversnellers.
De gemeten energieën liepen van tientallen tera-elektronvolt tot ruim een peta-elektronvolt. Het was de doorbraak waarop Halzen en zijn collega’s jarenlang hadden gewacht. Maar er bleef een belangrijk probleem over: de onderzoekers hadden neutrino’s gevonden, maar wisten nog niet waar ze vandaan kwamen.
Van deeltjes naar bronnen
Voor neutrinoastronomie is dat een fundamentele stap. Een detector moet niet alleen kunnen zeggen dát er een neutrino is aangekomen, maar ook uit welke richting het kwam. Voor sommige gebeurtenissen lukt dat bijzonder goed. Dat geldt vooral voor muonneutrino’s die bij hun interactie een muon produceren. Het muon kan een lange baan door het ijs afleggen en laat daarbij een spoor van Cherenkovlicht achter.
Uit dat spoor kan de oorspronkelijke richting met grote nauwkeurigheid worden gereconstrueerd. In september 2017 gebeurde iets bijzonders. IceCube detecteerde een hoogenergetisch neutrino met een geschatte energie van ongeveer 290 tera-elektronvolt. De automatische analyse stuurde vrijwel direct een waarschuwing naar andere observatoria.
De richting wees naar TXS 0506+056, een zogenoemde blazar: een actief sterrenstelsel waarvan de centrale superzware zwarte-gatomgeving een krachtige relativistische straal naar de aarde richt. Andere telescopen namen vervolgens een krachtige gammastraling-uitbarsting uit dezelfde richting waar.
De combinatie van het neutrino en de elektromagnetische waarnemingen vormde de eerste overtuigende aanwijzing voor een specifieke bron van hoogenergetische kosmische neutrino’s. Dat was een belangrijke stap richting multimessenger-astronomie: het bestuderen van één kosmisch verschijnsel met verschillende soorten boodschappers.
Nog meer bronnen
De speurtocht hield daar niet op. In 2022 rapporteerde IceCube bewijs voor hoogenergetische neutrino-emissie uit NGC 1068, ook bekend als Messier 77. Dit actieve sterrenstelsel staat op ongeveer 47 miljoen lichtjaar afstand en bevat in zijn centrum een superzwaar zwart gat.
Juist daar laat het voordeel van neutrino’s zich goed zien. Het centrale gebied van zo’n actief sterrenstelsel is extreem dicht en energierijk. Elektromagnetische straling kan daar worden geabsorbeerd, terwijl neutrino’s grotendeels ongehinderd kunnen ontsnappen.
In 2023 volgde een nieuwe mijlpaal: IceCube maakte een beeld van onze eigen Melkweg met neutrino’s. Daarmee werd voor het eerst hoogenergetische neutrino-emissie uit het vlak van de Melkweg in kaart gebracht.
Neutrinoastronomie was daarmee niet langer alleen een methode om incidentele gebeurtenissen te registreren. Er begon een nieuw soort kaart van het heelal te ontstaan.
De detector als engineeringproject
Voor engineers is IceCube minstens zo interessant als voor natuurkundigen. Het succes komt niet voort uit één revolutionair onderdeel, maar uit de combinatie van een groot aantal technische oplossingen.
De optische modules moeten zeer zwakke lichtsignalen kunnen meten. De elektronica moet die signalen betrouwbaar digitaliseren en tijdstempelen. Duizenden detectoren moeten gezamenlijk een gebeurtenis kunnen reconstrueren. De verbindingen moeten functioneren in een omgeving die kilometers onder het oppervlak ligt en na installatie niet meer toegankelijk is.
Daar komt de kennis van het ijs bij. De lichtpropagatie door het ijs moet worden gemodelleerd. De optische eigenschappen van het ijs moeten worden gekarakteriseerd. Kalibratie is essentieel, want een kleine systematische fout in de timing of in de beschrijving van het ijs kan doorwerken in de gereconstrueerde richting en energie van een neutrino.
Ook de data-analyse is een technisch hoogstandje. IceCube produceert grote hoeveelheden ruwe meetgegevens, terwijl slechts een klein deel daarvan relevant is voor de zeldzame neutrino-gebeurtenissen waarnaar onderzoekers zoeken. De detector, de software, de data-analyse en het model van het ijs vormen daarom één geïntegreerd meetinstrument.
IceCube wordt nog beter
De Nobelprijs betekent niet dat het werk aan IceCube klaar is. In 2025 en 2026 is de IceCube Upgrade uitgevoerd. Vijf extra, dichter bij elkaar geplaatste strings zijn toegevoegd in het centrale deel van de bestaande detector. Daarmee kwamen meer dan 600 nieuwe en verbeterde lichtsensoren en kalibratie-instrumenten in het ijs.
De uitbreiding heeft verschillende doelen. Een lagere energiedrempel maakt het mogelijk om andere neutrino’s te bestuderen, terwijl betere kalibratie van het ijs de reconstructie van richting en energie moet verbeteren. De eerste wetenschappelijke gegevens van de upgrade worden dit jaar nog verwacht.
En daar blijft het niet bij. Voor de toekomst wordt gewerkt aan IceCube-Gen2, een veel grotere opvolger. Het voorgestelde instrument moet het effectieve detectievolume aanzienlijk vergroten en daarmee de kans verhogen om de zeldzame hoogenergetische neutrino’s te registreren.
Een telescoop zonder spiegel
Francis Halzen begon als deeltjesfysicus. Zijn belangrijkste instrument staat echter niet bij Cern – waar een aantal jaar geleden ook neutrino’s werden waargenomen -, niet in een laboratorium en ook niet in een baan om de aarde. Het staat onder het ijs van Antarctica.
Halzen bedacht eind jaren tachtig dat natuurlijk ijs een bruikbaar detectormedium kon zijn. De eerste experimenten met Amanda lieten zien dat het idee werkte. IceCube maakte er een detector van op een schaal van een kubieke kilometer.
Daarmee werd het mogelijk om neutrino’s met extreem hoge energie uit het heelal te detecteren en uiteindelijk ook bronnen van die deeltjes te identificeren. De Nobelprijs voor Natuurkunde van 2026 erkent officieel Halzens “decisive contributions to the IceCube Neutrino Observatory and the discovery of high-energy neutrinos of astrophysical origin”.
Maar achter die ene zin zit een verhaal dat minstens zo interessant is voor de techniek. Een natuurkundige stelde zich voor dat een ijskap een telescoop kon worden. Engineers boorden vervolgens kilometers diep. Elektronica registreerde lichtflitsen die nauwelijks zichtbaar zijn. Software reconstrueerde uit die flitsen de banen van deeltjes. En uiteindelijk kwam informatie tevoorschijn over objecten die miljarden jaren door het heelal hebben gereisd. Want IceCube kijkt niet met een spiegel naar het heelal. Het wacht tot het heelal zelf een bericht in het ijs achterlaat.
Het laatste nieuws
Uitgelichte vacatures
- Monteur Hightech Machinebouw (medior)
Bedrijf: Trymax - Kalibratie Engineer Elektriciteit
Bedrijf: VSL
Geef een reactie
Reacties (1)
Anderen lazen ook
Wat een bijzondere beslissende doorbraak. In combinatie van de Einstein telescoop ,die zwaartekracht golven gaat meten, zal dit in de toekomst onze kijk op de kosmos veranderen. Immers dit overstijgt of bevestigd de kwantum natuurwetten. Een nieuwe tot nu nog onbekende horizon aan de rand van de zwarte gaten word hierdoor waarschijnlijk zichtbaar.