Il Nobel per la Fisica 2026 va a Francis Halzen per i suoi contributi decisivi all’IceCube Neutrino Observatory e per la scoperta dei neutrini ad alta energia di origine astrofisica. Un riconoscimento che premia non soltanto un esperimento, ma una nuova modalità di osservare il cosmo: attraverso particelle capaci di attraversare materia, campi magnetici e distanze intergalattiche portando fino alla Terra informazioni sugli ambienti più estremi dell’Universo.

Il 6 ottobre 2026 la Royal Swedish Academy of Sciences ha assegnato il Nobel per la Fisica a Francis Halzen, premiando un percorso scientifico che ha cambiato radicalmente la fisica astroparticellare. La motivazione ufficiale riconosce i suoi «decisive contributions to the IceCube Neutrino Observatory and the discovery of high-energy neutrinos of astrophysical origin».

Per comprendere davvero la portata del riconoscimento, tuttavia, bisogna andare oltre la formula ufficiale. Il lavoro di Halzen non consiste semplicemente nell’aver partecipato alla costruzione di un grande rivelatore. La sua intuizione è stata quella di trasformare un volume naturale di ghiaccio antartico in uno strumento capace di rispondere a una delle domande più persistenti della fisica contemporanea: dove vengono accelerati i raggi cosmici fino alle energie più elevate osservate in natura?

La risposta potrebbe essere scritta proprio nei neutrini.

La particella che attraversa l’Universo

Il neutrino è, sotto molti aspetti, un messaggero ideale.

È elettricamente neutro, interagisce attraverso l’interazione debole e possiede una sezione d’urto estremamente piccola. Queste caratteristiche lo rendono difficilissimo da rivelare, ma contemporaneamente gli consentono di propagarsi attraverso l’Universo senza essere significativamente deviato dai campi magnetici o assorbito dalla materia lungo il percorso.

La stessa proprietà che rende il neutrino un incubo sperimentale lo trasforma quindi in uno straordinario messaggero astronomico.

Halzen ha dedicato gran parte della propria attività scientifica proprio a questa contraddizione: per vedere il neutrino bisogna costruire un rivelatore gigantesco, ma una volta riusciti a farlo si ottiene una finestra sull’Universo che la radiazione elettromagnetica non può offrire.

Già nella letteratura precedente alla piena operatività di IceCube, Halzen aveva collegato la ricerca dei neutrini cosmici al problema dei raggi cosmici ultrarelativistici. In lavori dedicati alle sorgenti galattiche ed extragalattiche, aveva sottolineato come un rivelatore di scala chilometrica fosse necessario per ottenere un numero statisticamente significativo di eventi.

Quella previsione sarebbe diventata una delle fondamenta concettuali di IceCube.

Un chilometro cubo di ghiaccio come telescopio

L’idea di IceCube è tanto semplice da spiegare quanto complessa da realizzare.

Nelle profondità del ghiaccio del Polo Sud sono stati inseriti migliaia di moduli ottici digitali. Complessivamente, il rivelatore sfrutta circa un chilometro cubo di ghiaccio antartico trasparente come mezzo di interazione. I fotomoltiplicatori registrano la debole luce Cherenkov prodotta dalle particelle secondarie generate quando un neutrino interagisce con un nucleo nel ghiaccio.

Il risultato è un telescopio che non osserva fotoni, ma tracce luminose prodotte da particelle cariche secondarie.

Il progetto e la sua logica sperimentale furono descritti da Halzen e Spencer Klein in un articolo pubblicato nel Review of Scientific Instruments nel 2010. Il lavoro documentava la trasformazione del ghiaccio antartico in un rivelatore di particelle su scala chilometrica e descriveva i 5.160 sensori ottici distribuiti nel volume strumentato.

È qui che la fisica delle particelle incontra l’astronomia.

La direzione di una traccia muonica, per esempio, può essere ricostruita con una precisione sufficiente da risalire, entro gli errori sperimentali, alla direzione di provenienza del neutrino. Gli eventi cascata forniscono invece una migliore stima dell’energia, ma una localizzazione angolare generalmente meno precisa.

La geometria dell’evento diventa dunque informazione astrofisica.

Il momento della scoperta

Il passaggio decisivo arriva nel 2013.

L’analisi dei dati di IceCube produce la prima evidenza statisticamente significativa di un flusso di neutrini di origine extraterrestre ad altissima energia. Lo studio pubblicato su Science, Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector, rappresenta una pietra miliare nella storia della fisica astroparticellare.

Non si trattava semplicemente di osservare neutrini più energetici del normale.

Il punto fondamentale era dimostrare che una parte degli eventi non poteva essere spiegata adeguatamente dal fondo atmosferico.

L’analisi successiva, basata su tre anni di dati, avrebbe portato la significatività dell’eccesso a 5,7 sigma, con eventi nell’intervallo da circa 30 TeV fino a 2 PeV e un evento da circa 2.000 TeV, allora il neutrino più energetico mai osservato.

La neutrino astronomy era finalmente entrata nell’era delle osservazioni.

Il problema successivo: trovare le sorgenti

Scoprire un flusso cosmico era soltanto l’inizio.

La domanda realmente interessante era: da dove arrivano questi neutrini?

La difficoltà nasce dal fatto che la maggior parte dei neutrini osservati non permette immediatamente di associare un singolo evento a una sorgente. Il flusso diffuso può essere prodotto dalla sovrapposizione di numerosi acceleratori cosmici, mentre i neutrini atmosferici costituiscono un fondo inevitabile.

È qui che diventa fondamentale l’astronomia multimessaggera.

Un neutrino può essere studiato insieme a fotoni gamma, raggi X, radio, particelle cosmiche e, nel caso di eventi estremi, onde gravitazionali.

Uno dei casi più celebri è TXS 0506+056. L’evento IceCube-170922A del 2017 attirò l’attenzione internazionale perché la direzione del neutrino coincideva con quella di un blazar osservato durante un periodo di attività gamma. L’episodio divenne uno dei primi esempi emblematici di astronomia multimessaggera con neutrini.

Ma la storia era ancora più interessante.

L’analisi dei dati d’archivio mostrò successivamente un’eccessiva emissione di neutrini dalla stessa direzione nel 2014. Halzen e collaboratori hanno studiato proprio questo fenomeno, mostrando come una popolazione relativamente piccola di blazar altamente efficienti potesse contribuire in modo significativo al flusso diffuso osservato da IceCube.

La connessione tra neutrini e raggi gamma, tuttavia, non è banale.

Se i protoni vengono accelerati e interagiscono con fotoni o materia, la produzione di pioni carichi può generare neutrini, mentre i pioni neutri producono fotoni gamma. In una sorgente trasparente ci si aspetterebbe quindi una relazione multimessaggera tra i due canali.

Ma le sorgenti possono essere gamma-ray obscured.

Ed è proprio questo uno dei temi sui quali Halzen ha insistito maggiormente negli ultimi anni: l’Universo dei neutrini potrebbe essere dominato da acceleratori cosmici nei quali i fotoni gamma di alta energia vengono assorbiti internamente e la loro energia riemerge a energie inferiori.

NGC 1068 e l’Universo nascosto

Un altro capitolo fondamentale è quello di NGC 1068, la galassia attiva nota anche come Messier 77.

L’identificazione di questa sorgente ha rafforzato l’ipotesi che i neutrini possano essere prodotti nelle regioni estremamente energetiche associate ai nuclei galattici attivi.

Il risultato è particolarmente interessante perché sposta l’attenzione dal paradigma tradizionale dei blazar verso sorgenti nelle quali il nucleo attivo può essere fortemente oscurato alla radiazione gamma.

In questo scenario, il neutrino diventa una sorta di sonda capace di attraversare ambienti che risultano opachi ad altre forme di radiazione.

È una conseguenza concettualmente enorme: potremmo osservare l’Universo proprio attraverso i fenomeni che impediscono alla luce di uscire.

La Via Lattea vista con i neutrini

La rivoluzione non riguarda soltanto le sorgenti extragalattiche.

IceCube ha progressivamente aperto anche una nuova finestra sulla nostra Galassia.

Nel 2024, uno studio pubblicato su Nature Astronomy da Ke Fang, John Gallagher e Francis Halzen ha analizzato l’emissione diffusa di neutrini proveniente dal piano galattico. L’analisi ha individuato una componente galattica con significatività di 4,5 sigma e ha confrontato il segnale con l’emissione gamma osservata da strumenti come Fermi-LAT e Tibet ASγ.

Il risultato è particolarmente curioso: la Via Lattea, pur essendo relativamente vicina, non domina il cielo dei neutrini come accade nell’astronomia elettromagnetica.

Anzi, il confronto tra emissione galattica ed extragalattica suggerisce che la luminosità della nostra Galassia in neutrini sia da una a due ordini di grandezza inferiore rispetto alla media delle galassie lontane responsabili del fondo isotropo.

In altre parole, la nostra Galassia potrebbe non contenere oggi gli stessi tipi di acceleratori che dominano il fondo cosmico dei neutrini.

E il neutrino spectrum non è così semplice

Anche lo spettro energetico sta raccontando una storia più complessa di quanto si pensasse.

Nel 2026, IceCube ha pubblicato su Physical Review Letters un’analisi combinata che evidenzia una deviazione rispetto a un semplice spettro a legge di potenza nell’intervallo 5 TeV–10 PeV. Le descrizioni basate su una log-parabola o su una legge di potenza spezzata risultano preferibili, con la seconda come modello favorito.

Questo dettaglio è tutt’altro che marginale.

La forma dello spettro contiene informazioni sulla popolazione delle sorgenti, sui meccanismi di accelerazione e sulla propagazione delle particelle. Una semplice legge di potenza può essere compatibile con un’ampia classe di scenari; una curvatura o uno spectral break può invece fornire vincoli molto più stringenti sulla fisica dell’acceleratore cosmico.

Ed è proprio qui che il Nobel a Halzen assume il suo significato più profondo.

Non si tratta soltanto di aver “scoperto i neutrini cosmici”.

Si tratta di aver contribuito a trasformare il neutrino da particella quasi impossibile da osservare in uno strumento quantitativo di astrofisica.

Dal Nobel alle prossime domande

Nel 2025, Halzen e altri autori hanno pubblicato su Physical Review X una prospettiva sul futuro della neutrino astronomy, individuando numerose questioni aperte che potrebbero guidare i prossimi decenni di ricerca: dalla fisica nelle vicinanze dei buchi neri alla natura della massa dei neutrini e all’identificazione degli acceleratori cosmici.

Il futuro potrebbe quindi essere ancora più interessante del presente.

La prossima generazione di osservatori dovrà aumentare il volume efficace, migliorare la risoluzione angolare ed energetica e soprattutto incrementare il numero di eventi associabili a sorgenti individuali.

L’obiettivo è passare dall’epoca della scoperta all’epoca della precision neutrino astronomy.

Halzen stesso ha descritto IceCube come il passaggio da un’idea visionaria alla trasformazione di un chilometro cubo di ghiaccio naturale in un telescopio Cherenkov.

Ed è forse questa la parte più affascinante della storia.

Per decenni l’Universo ad altissima energia è stato studiato soprattutto attraverso ciò che riusciva a far arrivare fino a noi sotto forma di radiazione elettromagnetica. IceCube ha dimostrato che esiste un’altra possibilità: ascoltare l’Universo attraverso particelle che non seguono la luce.

I neutrini non sono semplicemente nuovi messaggeri.

Sono messaggeri che provengono da luoghi nei quali la fisica raggiunge condizioni estreme: nuclei galattici attivi, acceleratori cosmici, interazioni ad altissima energia e, probabilmente, regioni vicine a buchi neri supermassicci.

Il Nobel del 2026 premia dunque una tecnologia, una scoperta e soprattutto una visione.

Francis Halzen ha contribuito a dimostrare che un blocco di ghiaccio al Polo Sud può diventare un telescopio rivolto verso le profondità dell’Universo.

E il paradosso è magnifico: per vedere alcuni degli oggetti più luminosi e violenti del cosmo, abbiamo dovuto costruire un osservatorio capace di intercettare le particelle più sfuggenti che conosciamo.

La nuova astronomia è appena cominciata.

Studi e riferimenti peer-reviewed

Halzen, F. & Klein, S. R. (2010), “IceCube: An Instrument for Neutrino Astronomy”, Review of Scientific Instruments, 81, 081101. DOI: 10.1063/1.3480478. È uno dei lavori fondamentali sulla concezione e sull’architettura del rivelatore IceCube.

IceCube Collaboration (2013), “Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector”, Science, 342, 1242856. DOI: 10.1126/science.1242856. Il paper che presenta la prima evidenza sperimentale del flusso di neutrini cosmici ad alta energia.

IceCube Collaboration (2014), “Observation of High-Energy Astrophysical Neutrinos in Three Years of IceCube Data”, Physical Review Letters. L’analisi porta l’esclusione dell’origine puramente atmosferica a 5,7 sigma.

Gaisser, T. K. & Halzen, F. (2014), “IceCube”, Annual Review of Nuclear and Particle Science, 64, 101–123. DOI: 10.1146/annurev-nucl-102313-025321. Una delle principali rassegne sul progetto e sulla sua motivazione fisica.

Ahlers, M. & Halzen, F. (2015), “High-Energy Cosmic Neutrino Puzzle: a Review”, Reports on Progress in Physics, 78, 126901. DOI: 10.1088/0034-4885/78/12/126901. Una review fondamentale sul problema delle sorgenti e sulle prospettive della neutrino astronomy.

Halzen, F. (2017), “High-Energy Neutrino Astrophysics”, Nature Physics, 13, 232–238. Una sintesi autorevole sul ruolo dei neutrini come messaggeri cosmici e sulle implicazioni per raggi cosmici e materia oscura.

Halzen, F. (2019) et al., “On the Neutrino Flares from the Direction of TXS 0506+056”, The Astrophysical Journal Letters, 874, L9. DOI: 10.3847/2041-8213/ab0d27. Analisi del flusso di neutrini associato alla regione del blazar TXS 0506+056 e delle sue implicazioni per le sorgenti del fondo cosmico.

Halzen, F. (2021), “High-Energy Neutrinos from the Cosmos”, Annalen der Physik, 533, 2100309. DOI: 10.1002/andp.202100309. Review sul primo decennio di IceCube, sul flusso diffuso e sull’identificazione delle sorgenti.

Fang, K., Gallagher, J. S. & Halzen, F. (2024), “The Milky Way revealed to be a neutrino desert by the IceCube Galactic plane observation”, Nature Astronomy, 8, 241–246. DOI: 10.1038/s41550-023-02128-0. Studio sulla componente di neutrini proveniente dal piano galattico e sul confronto con l’emissione gamma.

Fang, K. & Halzen, F. (2024), “IceCube results and perspective for neutrinos from LHAASO sources”, Journal of High Energy Astrophysics, 43, 140–152. Analisi delle prospettive per l’identificazione dei PeVatron e del rapporto tra osservazioni neutrino e gamma.

Halzen et al. (2025), “From the Dawn of Neutrino Astronomy to a New View of the Extreme Universe”, Physical Review X, 15, 030501. DOI: 10.1103/1z9l-kb1d. Una prospettiva sulle grandi questioni aperte che guideranno la neutrino astronomy nei prossimi decenni.

Khatee Zathul, A., Moulai, M., Fang, K. & Halzen, F. (2025), “An NGC 1068-informed Understanding of Neutrino Emission of the Active Galactic Nucleus TXS 0506+056”, The Astrophysical Journal, 984, 54. DOI: 10.3847/1538-4357/adc44d. Studio sui possibili meccanismi di produzione dei neutrini nelle regioni interne dei nuclei galattici attivi.

IceCube Collaboration (2026), “Evidence for a Spectral Break or Curvature in the Spectrum of Astrophysical Neutrinos from 5 TeV to 10 PeV”, Physical Review Letters, 136, 121002. Il più recente sviluppo sulla struttura spettrale del flusso astrofisico di neutrini.

Halzen, F. (2026), “Transforming Antarctic ice into a Cherenkov neutrino detector: From concept to discovery”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 1086, 171372. Una ricostruzione diretta dell’evoluzione di IceCube dalla concezione alla scoperta dei neutrini cosmici.