De Belgisch-Amerikaanse fysicus Francis Halzen (82), geboren in Tienen, heeft als enige laureaat de Nobelprijs voor Natuurkunde 2026 gewonnen. De Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen bekroont hem voor zijn baanbrekende werk aan IceCube, een gigantische neutrinodetector diep onder het ijs van de Zuidpool. De bouw van het wetenschappelijke observatorium kostte maar liefst 279,5 miljoen dollar.
Halzen ontvangt de volledige Nobelprijs, goed voor 12 miljoen Zweedse kronen. Volgens de Zweedse Academie verdient hij de onderscheiding vanwege zijn doorslaggevende bijdragen aan het IceCube Neutrino Observatory en de ontdekking van hoogenergetische neutrino’s uit het heelal. De officiële prijsuitreiking vindt op 10 december plaats in Stockholm.
De wetenschapper reageerde verrast op de bekroning en benadrukte dat hij de eer wil delen met zijn collega’s. Vandaag werken meer dan 450 wetenschappers van 58 instellingen mee aan IceCube. Het internationale onderzoeksproject groeide in enkele decennia uit tot een van de belangrijkste instrumenten voor de studie van hoogenergetische deeltjes uit het universum.
Van Leuvense student tot internationaal onderzoeker
Francis Halzen groeide op in een gezin waarin zijn vader een bouwbedrijf leidde. Aanvankelijk begon hij aan een ingenieursopleiding, maar uiteindelijk koos hij voor wiskunde en fysica aan de huidige KU Leuven. Een academische carrière lag toen niet noodzakelijk voor de hand. Halzen overwoog zelfs om leraar in het middelbaar onderwijs te worden in Landen, totdat een beurs van het Nationaal Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek (NFWO), de voorloper van het huidige FWO, hem richting wetenschappelijk onderzoek stuurde.
In 1969 behaalde hij zijn doctoraat. Na een periode bij het Europese onderzoekscentrum CERN vertrok hij in 1971 naar de University of Wisconsin–Madison in de Verenigde Staten. Wat oorspronkelijk een verblijf van zes maanden moest worden, groeide uit tot een volledige academische carrière. Halzen vestigde zich er als theoretisch fysicus en begon zich midden jaren tachtig steeds meer toe te leggen op neutrinoastronomie, een onderzoeksgebied dat het heelal bestudeert aan de hand van vrijwel ongrijpbare elementaire deeltjes.
Opmerkelijk genoeg omschrijft Halzen zichzelf als een theoreticus die nooit eigenhandig een experiment uitvoerde. Toch zou hij uiteindelijk aan de basis staan van een van de meest ambitieuze wetenschappelijke detectoren ter wereld. Zijn belangrijkste bijdrage lag niet in het uitvinden van de neutrinotelescoop, maar in het ontwikkelen van een manier om een bestaand theoretisch concept op ongeziene schaal toe te passen.
Een revolutionair idee onder het Zuidpoolijs
Het oorspronkelijke idee voor een neutrinotelescoop ontstond al in 1960. De Sovjetwetenschapper Moisei Markov stelde toen voor om detectoren diep onder water te plaatsen en zo neutrino’s uit het heelal te registreren. Halzen bouwde voort op dat concept, maar koos voor een andere omgeving. In 1988 presenteerde hij samen met natuurkundige John G. Learned het voorstel om het diepe ijs van de Zuidpool als natuurlijk detectiemedium te gebruiken.
Die aanpak bracht aanzienlijke technische uitdagingen met zich mee. Wetenschappers beschouwden het ijs dicht bij het oppervlak aanvankelijk als ongeschikt, omdat luchtbellen de doorgang van licht verstoorden. Het prototype AMANDA, dat onderzoekers in de jaren negentig installeerden, bracht daar verandering in. Op een diepte van meer dan 1.400 meter bleek het ijs uitzonderlijk transparant. Bovendien toonden de eerste boringen aan dat de noodzakelijke technologie daadwerkelijk werkte.
Voor Halzen vormde die ontdekking een beslissend moment. Hij vertelde later hoe hij op kerstavond 1993 met zijn computer op schoot wachtte op de bevestiging dat het team de eerste sensorkabel succesvol had geïnstalleerd. Daarmee zette het project een belangrijke stap richting een veel grotere detector die uiteindelijk een volledig nieuw onderzoeksgebied zou openen.
Een investering van 279,5 miljoen dollar
Tussen 2004 en 2010 bouwden internationale onderzoeksteams IceCube in de buurt van het Amundsen–Scott-station op de Zuidpool. Met krachtige warmwaterboren maakten ze schachten van ongeveer 2,5 kilometer diep. Vervolgens lieten ze 5.160 optische sensoren aan 86 kabels in het ijs zakken, op dieptes tussen 1.450 en 2.450 meter. Samen vormen die sensoren een gigantisch observatorium dat een volume van ongeveer één kubieke kilometer ijs gebruikt om neutrino’s op te sporen.
De bouw vergde een uitzonderlijke logistieke inspanning. In totaal waren meer dan 30.000 persoonsdagen op de Zuidpool nodig om de infrastructuur te installeren. De totale kostprijs bedroeg 279,5 miljoen dollar, waarvan de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) 242,1 miljoen dollar financierde. Belgische, Duitse en Zweedse partners droegen samen de overige 37,4 miljoen dollar bij. In mei 2011 nam het internationale onderzoeksteam de volledige detector officieel in gebruik.
IceCube registreert neutrino’s, uiterst lichte elementaire deeltjes die nauwelijks met materie reageren. Wanneer een neutrino toch in wisselwerking treedt met het ijs, kunnen geladen deeltjes ontstaan die een karakteristieke blauwe lichtflits veroorzaken. De duizenden optische sensoren vangen dat licht op en helpen onderzoekers de energie en vermoedelijke richting van het oorspronkelijke neutrino te reconstrueren. Zo kunnen wetenschappers verschijnselen bestuderen die traditionele telescopen moeilijk kunnen waarnemen.
Van eerste ontdekkingen tot een nieuwe vorm van astronomie
De eerste grote wetenschappelijke doorbraak volgde in 2013. Onderzoekers publiceerden toen in het tijdschrift Science de waarneming van 28 hoogenergetische gebeurtenissen die niet uitsluitend door neutrino’s uit de aardatmosfeer konden worden verklaard. Daarmee leverde IceCube overtuigend bewijs voor het bestaan van hoogenergetische neutrino’s van buiten ons zonnestelsel. Het resultaat bevestigde dat het observatorium daadwerkelijk een nieuw venster op het heelal kon openen.
In 2017 volgde een tweede belangrijke ontdekking. Wetenschappers brachten een hoogenergetisch neutrino in verband met de blazar TXS 0506+056, een actief sterrenstelsel met een krachtige straal deeltjes die ongeveer in de richting van de aarde wijst. Het betekende de eerste overtuigende koppeling tussen een dergelijke neutrinowaarneming en een specifieke kosmische bron. Toch verklaarde die ontdekking nog niet waar alle hoogenergetische kosmische straling vandaan komt.
Daarna volgden nieuwe resultaten. In 2022 vonden onderzoekers aanwijzingen voor neutrino-emissie uit het actieve sterrenstelsel NGC 1068. Een jaar later presenteerde IceCube het eerste beeld van de Melkweg op basis van neutrino’s. Daarmee bewees het observatorium dat wetenschappers niet alleen afzonderlijke deeltjes kunnen registreren, maar ook de structuur van kosmische bronnen op een nieuwe manier kunnen onderzoeken.
Halzen vat die jarenlange ontwikkeling samen met een eenvoudige uitspraak: “Neutrinoastronomie bestaat.” Mark Pearce, voorzitter van het Nobelcomité voor Natuurkunde, prees zijn vasthoudendheid en wetenschappelijke visie, die volgens hem de weg vrijmaakten voor een volledig nieuwe vorm van astronomie.
Een wetenschappelijke gok zonder garanties
De ontwikkeling van IceCube verliep volgens een principe dat ook in de technologiesector bekend is: eerst een kleinschalig prototype testen en vervolgens het concept uitbreiden. AMANDA bewees dat het Zuidpoolijs geschikt was om neutrino’s te detecteren, waarna Halzen en zijn collega’s de technologie op veel grotere schaal toepasten. Toch bleef het project jarenlang een wetenschappelijke gok. Zelfs na vijftien jaar voorbereiding en tien jaar bouwen bestond er geen enkele garantie dat de detector belangrijke ontdekkingen zou opleveren.
Halzen benadrukt dat hij zijn gebrek aan een klassieke ingenieursopleiding compenseerde door zich met gespecialiseerde experts te omringen. Vooral de ingenieurs die de warmwaterboortechnologie ontwikkelden, speelden volgens hem een cruciale rol. Aan jonge onderzoekers geeft hij daarom het advies om hun eigen wetenschappelijke interesses te volgen, in plaats van uitsluitend te kijken naar beschikbare financiering.
De vergelijking met een start-up gaat echter niet volledig op. IceCube draait om fundamenteel wetenschappelijk onderzoek en kreeg zijn financiering grotendeels van publieke instellingen. Anders dan bij commerciële ondernemingen verwachten de financiers geen rechtstreeks financieel rendement. De waarde van het project ligt vooral in de nieuwe kennis die het oplevert en de wetenschappelijke mogelijkheden die het creëert.
België speelde een belangrijke rol in IceCube
Verschillende Belgische media omschrijven Francis Halzen als de tweede Belgische Nobelprijswinnaar voor Natuurkunde, na François Englert in 2013. Hoewel Halzen zijn academische carrière grotendeels in de Verenigde Staten uitbouwde, bleef hij nauw verbonden met zijn geboorteland. In 2014 ontving hij onder meer een eredoctoraat van de Universiteit Gent als erkenning voor zijn wetenschappelijke verdiensten.
Ook Belgische onderzoeksinstellingen leverden een bijdrage aan IceCube. Via het FNRS en het FWO ondersteunde België de ontwikkeling van het observatorium financieel. Daarnaast nemen onderzoeksteams van het Interuniversitair Instituut voor Hoge Energieën (IIHE), een samenwerking tussen de ULB en de VUB, en de UCLouvain nog altijd deel aan het internationale project.
De gedachte dat België wetenschappelijk talent opleidt en de Verenigde Staten vervolgens alle voordelen binnenhalen, verdient daarom enige nuance. IceCube kwam tot stand dankzij internationale samenwerking, waarbij ook Belgische onderzoekers, instellingen en financieringsorganisaties een actieve rol speelden. De Nobelprijs bekroont weliswaar Halzens persoonlijke bijdrage, maar weerspiegelt tegelijk het werk van honderden wetenschappers uit verschillende landen.
De volgende stap voor IceCube
De Nobelprijs betekent allerminst het einde van Halzens wetenschappelijke ambities. Ondanks de indrukwekkende ontdekkingen van de afgelopen jaren kennen onderzoekers de oorsprong van de meeste hoogenergetische neutrino’s nog altijd niet. Om die mysteries verder te ontrafelen, werken internationale teams aan nieuwe technologieën en een uitbreiding van het bestaande observatorium.
In 2026 installeerden onderzoekers meer dan 600 bijkomende sensoren en kalibratie-instrumenten om de nauwkeurigheid van IceCube verder te verbeteren. Daarnaast bereiden wetenschappers de volgende generatie van het observatorium voor. Het toekomstige IceCube-Gen2 moet het geïnstrumenteerde volume uitbreiden tot ongeveer acht kubieke kilometer, waardoor onderzoekers nog meer zeldzame neutrino’s kunnen detecteren.
Voor Halzen vormt de Nobelprijs daarmee niet alleen een erkenning voor tientallen jaren onderzoek, maar ook een bevestiging van het potentieel van neutrinoastronomie. Wat ooit begon als een ambitieus idee om lichtsensoren diep onder het Zuidpoolijs te plaatsen, groeide uit tot een internationaal onderzoeksproject dat onze kijk op het heelal fundamenteel veranderde.
De redactie vertaalde de geciteerde uitspraken uit het Engels.
