刚刚，诺贝尔物理学奖揭晓，他把南极冰层变成了一座巨型望远镜- 大数跨境

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2026-10-06

导读：把望远镜埋进南极冰层，他用二十多年追踪宇宙的「幽灵粒子」

观测宇宙，传统手段是将望远镜架设于高山或送入太空。物理学家弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen）另辟蹊径，将数千个光传感器深埋于南极冰层之下，使一立方公里的冰体化身为探测宇宙的精密仪器。

瑞典皇家科学院宣布，将 2026 年诺贝尔物理学奖授予哈尔岑，以表彰其对冰立方中微子天文台（IceCube）的决定性贡献，以及发现天体物理来源的高能中微子。他将独享 1200 万瑞典克朗奖金。

1944 年出生于比利时的哈尔岑，现任美国威斯康星大学麦迪逊分校教授。自 1988 年提出南极冰层观测构想，到带领国际团队建成 IceCube，他耗时二十余载，为科学家开辟了观察宇宙极端环境的全新窗口。

中微子：追溯宇宙射线源头的关键线索

哈尔岑的研究旨在解答宇宙射线的起源之谜。宇宙射线中包含大量高能质子，其能量远超人造粒子加速器水平。然而，由于质子带电荷，在穿越宇宙时受磁场影响偏转轨迹，即便测得其抵达地球的方向，也难以逆向追踪至源头。

中微子为此提供了突破口。产生高能宇宙射线的环境往往伴随高能中微子的生成。中微子不带电荷，几乎不受磁场干扰，且极少与物质相互作用，能够直线携带来自遥远源头的信息，穿透尘埃深处或其他辐射难以抵达的区域。

探测难点在于中微子与物质发生相互作用的概率极低。每秒约有 650 亿个来自太阳的中微子穿过人体小指指甲而毫无痕迹。因此，捕捉稀有的宇宙高能中微子需要极其庞大的探测介质。

上世纪 60 年代，物理学家提出利用大体积水体探测中微子：当中微子与物质作用产生带电粒子时，会在水中发出微弱蓝光，通过记录光信号可推断中微子能量及来源方向。哈尔岑意识到，南极深厚的冰层是更理想的天然介质。

深层冰层黑暗、无生物光干扰、放射性背景低且环境稳定。1988 年，哈尔岑与约翰·G·勒恩德（John G. Learned）公开该构想。施工团队利用热水钻在冰层融化深孔，放入串联光传感器的缆线。这些传感器如同“反向灯泡”，接收光并转化为电信号。

早期尝试发现浅层冰气泡导致光散射严重。研究证实，1400 米以下的冰层更为纯净，光传播距离可达约 300 米。在前身项目 AMANDA 验证可行性后，为捕捉稀有高能中微子，需进一步扩大规模。

2010 年底，IceCube 正式建成。5160 个光传感器分布于 86 条缆线上，深埋于地表下 1450 至 2450 米的冰层中，覆盖体积达一立方公里。

仪器建成后，核心挑战在于信号筛选。IceCube 每天记录超一亿个由大气宇宙射线产生的粒子事件，其中包含数百个穿过地球的大气中微子。真正的宇宙高能中微子混杂在这些巨大的背景噪声中。

研究团队结合能量、方向和相互作用位置等多维信息筛选事件，通过统计学证据确认信号是否超出大气背景解释范围。2013 年，IceCube 团队首次报告支持宇宙高能中微子存在的证据，随后数年随着数据积累进一步确证了这一发现。

此前，中微子在太阳和超新星研究中的成果曾获 2002 年诺贝尔物理学奖，中微子振荡发现获 2015 年诺贝尔物理学奖。哈尔岑的工作将观测领域拓展至高能宇宙中微子。目前，IceCube 已识别出活跃星系 NGC 1068（M77）等潜在来源，并观测到银河系内的高能中微子信号。

全球范围内，贝加尔湖、地中海、南海及加拿大西海岸等地的水下中微子探测项目正在推进。南极亦规划了 IceCube-Gen2，拟将观测规模扩大至约八立方公里。哈尔岑的贡献让人类得以通过南极冰层中的微弱闪光，追问宇宙中最强大天然加速器的确切位置。

【声明】内容源于网络

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