82岁“追光者”独揽2026诺奖！凿开南极冰层窥探宇宙奥秘

你知道吗？每秒钟，大约有650亿个来自太阳的中微子会悄无声息地穿过我们每个人的指甲，却几乎不会留下任何痕迹。为了捕捉这些来自宇宙深处的“隐形信使”，比利时科学家弗朗西斯・哈尔岑（Francis Halzen）投入了数十年的心血，最终成功地将5160个光学传感器埋入南极一立方千米的冰层之下。

就在今天（10月6日），2026年诺贝尔物理学奖的桂冠单独授予了这位82岁的科学家，以表彰他在冰立方中微子天文台建设以及天体物理来源高能中微子发现方面所做出的决定性贡献。

从比利时的实验室到美国的科研机构，再到南极的冰层深处，哈尔岑追逐了数十年的微弱闪光，终于为人类打开了一扇全新的宇宙观察窗口。

为何要追踪这些“隐形粒子”？每秒650亿个中微子穿过你的指甲，它们究竟隐藏着什么秘密？

弗朗西斯・哈尔岑于1944年3月23日出生在比利时的蒂伦，目前他任职于威斯康星大学麦迪逊分校，是一位备受尊敬的物理学家。

他奠定了一种全新天文学的基础，其构想是利用南极冰川的冰层来捕捉那些被称为中微子的隐秘粒子。这一创举催生了冰立方中微子天文台，它能够追踪源自遥远宇宙的中微子，为人类探索宇宙提供了新的工具。

图片来源：诺贝尔奖官网

中微子，被誉为宇宙中最“羞怯”的粒子，它们不带电荷，质量几乎为零。通常情况下，它们悄无声息地穿过物质，几乎不与任何物质发生相互作用；只有在极少数情况下，中微子才会与原子核发生碰撞，从而显露出自身的存在。每一秒，都有650亿个来自太阳的中微子穿过你的小指指甲，而你却毫无察觉。

除了太阳，中微子还来自宇宙的其他区域，它们携带着解开部分宇宙谜团的线索。一旦科研人员成功捕捉到这些更为稀少的宇宙中微子，就可以从中提取信息，了解它们诞生的极端宇宙环境，如黑洞、超新星爆发等。

为何偏偏选择南极？哈尔岑的“冰中闪光”捕捉中微子计划

图片来源：冰立方中微子观测站

早在20世纪80年代，弗朗西斯・哈尔岑就敏锐地意识到，南极的冰层非常适合捕获足够多的中微子，从而让科学家得以探究它们的遥远起源。他积极游说同行，最终说服了许多人认可这一构想的巨大潜力。

1992年，一群科研人员与工程师首次尝试将光传感器布放到南极的冰川之中，开启了人类探索中微子的新篇章。

大约二十年后，这一尝试迎来了重大突破：冰立方中微子望远镜成功探测到一批中微子，其特征让研究者确信它们来自遥远的太空。这一发现标志着人类正式开启了对宇宙中微子源的搜寻之旅。

20世纪60年代，粒子物理领域取得了诸多重要进展，这些进展吸引了哈尔岑投身这一方向的研究。博士毕业后不久，他便前往美国威斯康星大学麦迪逊分校继续深造。后来，他逐渐认识到，粒子物理可以借助来自太空的粒子获得新知；同时，天体物理也能从粒子物理研究中获益匪浅。

根据物理理论，能够把质子加速到高能状态的过程，同样会产生高能中微子。因此，中微子能够为寻找这些宇宙粒子加速器提供关键线索，帮助我们揭示宇宙的奥秘。

科研人员如果成功识别出携带巨大能量的中微子，就可以将它们与低能中微子区分开来。低能中微子通常来自放射性物质衰变、太阳活动或是宇宙线撞击地球大气时的产物。而那些并非诞生于地球周边的中微子，则一定来自极其遥远的地方——或许来自恒星爆发的剧烈过程，或是遥远的活动星系。

20世纪80年代，哈尔岑在研究宇宙粒子时得知，科研人员计划利用无线电接收器在南极捕捉中微子信号。这一消息给了他很大的启发。

哈尔岑从中获得灵感，想到了另一种捕捉中微子的方案：在冰川的冰层中布设光传感器，探测中微子与原子核碰撞时产生的闪光。

哈尔岑的想法是使用天然的冰层作为探测介质，而非液态水。他联系了同事约翰・G・勒尼德，两位物理学家共同探讨了在南极探测中微子的机遇与挑战。1988年，他们在波兰的一场会议上，首次提出了在南极冰层建造中微子天文台的方案。

弗朗西斯・哈尔岑意识到，将中微子天文台建在地理南极点具有诸多优势：当地已有科考站，具备常态化的运输保障；科研团队开展工作所需的配套设施一应俱全，为科研工作提供了极大的便利。

冰层本身作为探测介质也具有突出的优势：足够深处终年黑暗，避免了光线的干扰；不像海洋那样存在生物干扰，放射性本底水平很低；冰层结构稳固，为现场工作人员提供了坚实的地面；该区域地质稳定，无地震活动，确保了探测设备的长期稳定运行。

研究团队首先在格陵兰开展了试验，将传感器布入冰层之中，验证设备能否记录冰层内粒子产生的光信号。随后，他们在南极建造了第一座中微子天文台——冰立方的前身AMANDA。

据哈尔岑回忆，1993年圣诞夜，他将电脑放在腿上坐在餐桌旁，焦急地等候消息，确认首根搭载光学模块的电缆是否成功布入冰层。那一刻，他充满了期待与紧张。

AMANDA的建设一直持续到2000年1月。设备整体运行符合预期，但还不足以探测来自宇宙粒子加速器的高能中微子。为了扩大探测体积，提高探测灵敏度，项目团队启动了冰立方工程：在一立方千米的冰层中布设光传感器。冰立方于2011年全面建成，共有86根电缆搭载着5160个光传感器。

多年来，哈尔岑始终是项目的核心推动者，他先后主导了AMANDA与冰立方两个项目。作为坚定而热忱的首席研究员，他带领项目团队从构想阶段一路推进，直至完成观测、产出科研成果，为人类探索宇宙做出了巨大贡献。

等了20多年，冰立方终于捕捉到来自宇宙的中微子

冰立方这类中微子天文台探测到的信号并不只有科研人员寻找的宇宙中微子。想要识别宇宙中微子，必须在宇宙线进入地球大气所产生的背景噪声中仔细分辨信号。

为了找到宇宙中微子，科研人员需要筛选出中微子在冰层内发生相互作用的事例。即便无法百分百确定单个中微子来自地球之外，他们也可以通过统计全部筛选事例，看整体特征是否符合宇宙中微子的预期，并与大气中微子进行区分。

2013年，团队公布了首批证据，证实确实探测到了宇宙中微子；数年之后，积累了足够的数据后，他们最终确认了这一发现。这一发现标志着人类在探索宇宙的道路上又迈出了重要的一步。

科学家还想用中微子破解哪些宇宙谜题？

冰立方的目标是将中微子天文学推向一个全新的高度。科学家们寄望中微子能够传递那些被尘埃云遮蔽或是距离过远、其他辐射在传播途中衰减消失的天体信息，从而获取其他观测手段无法得到的认知。

相比质子而言，中微子的一大优势是不带电。带电质子在宇宙中穿行时，其行进轨迹会被磁场弯折，因此无法依靠方向反推其起源。但是加速质子的过程同样会产生中微子，而中微子不受磁场影响。因此，通过追溯最高能中微子的传播方向，科学家们就有望定位宇宙线质子的加速源。

宇宙中最剧烈活动的另一类信使是伽马射线。然而，伽马射线在太空传播途中会与光、物质发生作用而衰减，这限制了其传播距离和探测范围。而中微子则不受这些影响，能够传播得更远、更稳定。

冰立方的发现只是开始，未来还有更多的宇宙谜题等待我们去破解。

一项核心目标就是确定单个天体中微子源。冰立方已经找到了若干候选源，其中之一是活动星系NGC 1068（又称M77）。

冰立方记录到的中微子里有79个事例看起来来自该星系方向。但现有证据还不够充分，尚不能断定NGC 1068就是中微子源；不过随着传感器捕获的中微子数量越来越多，科学家们锁定源头的概率也将越来越大。

近年来，冰立方团队还观测到了来自银河系的高能中微子。研究者认为这类中微子诞生于宇宙线撞击恒星之间稀薄气体中的原子之时。这一发现为科学家们提供了新的研究线索和方向。