标题: 2026诺贝尔物理学奖：用南极冰层捕捉宇宙高能中微子，哈尔岑一人独得诺奖桂冠 新闻来源: https://www.storm.mg/article/11170250 https://i.meee.com.tw/87WcTv3.jpg 风传媒 李忠谦 2026年诺贝尔物理学奖6日揭晓，瑞典皇家科学院将奖项颁给美国威斯康辛大学麦迪逊分 校（University of Wisconsin–Madison）教授、比利时裔物理学家法兰西斯・哈尔岑（ Francis Halzen），表彰他「对冰立方中微子天文台的决定性贡献，以及发现源自天体物 理的高能中微子」。 2026年物理学奖得主公布前，外媒普遍看好OLED、魔角石墨烯或量子反常霍尔效应等热门 领域，不过诺奖委员会的目光却投向南极冰层深处一项跨越20多年的巨型科学计画：把整 片南极冰层当成一座「望远镜」，用来追踪来自宇宙的最难捕捉的粒子——中微子。埋在 冰下的侦测器能够捕捉极其罕见的粒子碰撞产生的微弱光讯号，进而反推出宇宙深处那些 最暴烈、最神秘的高能过程。 瑞典皇家科学院指出，哈尔岑早在1988年就提出了这一关键构想：利用南极冰层作为天然 侦测器，追踪来自宇宙的中微子。这项构想最终发展成冰立方中微子天文台（IceCube Neutrino Observatory），一座体积达1立方公里、埋设在南极冰层中的巨大侦测设施。 凭藉这项成就，哈尔岑独得本届诺贝尔物理学奖，获得奖金1200万瑞典克朗。 谁是哈尔岑？ 哈尔岑1944年出生於比利时蒂嫩（Tienen），1969年在比利时鲁汶天主教大学（KU Leu- ven）取得博士学位，随後前往美国威斯康辛大学麦迪逊分校任教。他最初专注於由夸克 组成的重粒子研究，後来逐渐转向思考：粒子物理能从宇宙来的高能粒子学到什麽？天文 学又能如何受惠於粒子物理的技术与方法？ 在IceCube计画中，哈尔岑不仅是最初构想者，更长期担任计画的「催化剂」与主要负责 人（principal investigator），一路推动理论、工程与国际合作，直到获得实质科学成 果。诺贝尔物理学奖委员会主席马克・皮尔斯（Mark Pearce）指出：「哈尔岑领导了一 个国际研究人员与工程师团队，为我们提供了一项奇妙的仪器。他的坚持与科学远见，为 一种全新的天文学铺路。」 诺奖得主小档案 姓名：法兰西斯・哈尔岑（Francis Halzen） 国籍：比利时出生的物理学家，任职美国威斯康辛大学麦迪逊分校 出生年份：1944年（比利时）。 学历：比利时鲁汶天主教大学博士（1969年） 奖金：1200万瑞典克朗 关键成就：冰立方中微子天文台科学总监 得奖理由：「对冰立方中微子天文台的决定性贡献，以及发现源自天体物理的高能中微子 。」 最害羞的粒子：中微子 诺奖委员会在新闻稿中指出，中微子是「宇宙中最害羞的粒子」。因为它不带电、质量几 乎为零，绝大多数时候会直接穿过物质、不留下任何痕迹。每秒钟约有650亿个来自太阳 的中微子通过地球，但我们完全感觉不到，正因如此，中微子极难被侦测。只有极少数中 微子会与原子核发生碰撞，产生带电粒子并放出微弱蓝光；若要在实验中捕捉到足够多的 事件，就必须使用体积庞大、透明度极高的介质，并在其中布满高灵敏度的光学感测器。 哈尔岑的中微子侦测构想源於1980年代，当时他听说苏联研究团队计画在南极使用无线电 天线捕捉中微子讯号：当中微子与冰中原子核碰撞，会产生电火花并放出无线电波。哈尔 岑受到启发，但认为另一种方法或许更可行：直接在冰层中安装光学感测器，搜寻中微子 碰撞产生的微弱蓝光闪烁。 其实早在1960年代，就有物理学家提出用水作为中微子侦测介质的构想。基本原理是：中 微子碰撞後产生的带电粒子会沿原方向前进并放出蓝光，若介质足够透明，就能被感测器 捕捉，并反推出中微子的来源方向。哈尔岑的突破，是把「水」换成「天然冰层」。他与 当时参与夏威夷深海 DUMAND 计画的同僚约翰・勒恩德（John G. Learned）讨论後，两 人1988年首次提出「南极冰层中微子天文台」的概念。 为什麽是南极？冰层更乾净、更稳定 哈尔岑选择南极，并非只因为那里有冰。根据诺贝尔委员会的说明，南极有多项独特优势 ：包括南极点已有研究站与後勤体系，可支援长期运作与人员轮替；冰层在足够深度下处 於恒定黑暗，不受日夜与季节光照影响；冰中更没有生物干扰，放射性物质含量也极低； 冰层没有地震风险，有利於长期布设感测器。不过在南极冰层设置微子天文台的缺点也很 明显：南极极端寒冷，只能在每年11月至隔年2月的短暂夏季进行施工。 诺奖委员会指出，要把感测器埋进冰层，第一步是钻洞。研究团队向冰川学家请教後，采 用一种特殊的高压热水钻头，能在冰层中钻出深达数公里的孔洞。接着，把串有光学感测 器的长缆线放入灌水後的孔洞中，待水重新结冰，感测器便固定在冰里。哈尔岑形容这些 感测器是「反向的灯泡」：不是发光，而是捕捉光并转换成电信号。 团队先在格陵兰测试感测器能否在冰中记录粒子讯号，随後在南极开始建造第一座中微子 天文台——AMANDA，即 IceCube的前身。哈尔岑回忆，1993年圣诞夜他坐在餐桌前，膝上 放着电脑，为的就是等待第一条光学缆线成功安装在冰层中的讯息。 不过AMANDA的初期结果并不理想：冰层上段含有大量气泡，会散射光线、模糊粒子行进方 向的资讯。但研究人员很快发现，在深度超过1400公尺以下，冰层极为纯净透明，光讯号 可在冰中传播300公尺才被吸收，远超过预期。这项「副产品」也让科学家更深入理解不 同深度冰层的光学性质。 AMANDA的建造持续到2000年1月，虽然运作正常，但整个体积仍不足以有效侦测来自宇宙 的高能中微子。於是，更大规模的IceCube计画启动，并在2011年完成，形成一座体积约1 立方公里的冰中侦测器，共布设5160颗光学感测器，分布在86条缆线上，埋设深度介於 1450至2450公尺之间。 为何要捕捉中微子？ 诺奖委员会指出，捕捉中微子的动机，也来自另一个长期未解的问题：厘清宇宙射线的来 源。 宇宙中不断有高能粒子穿过，这些被统称为「宇宙射线」的粒子，多数是氢原子核（质子 ）。有些来自太空的质子能量极高，远超过地球上任何粒子加速器能达到的程度。但这些 超高能宇宙射线究竟从何而来，一直是天文学与粒子物理学的最大谜团之一。 由於质子带电，行进路径会被宇宙中的磁场偏转，即使侦测到路径也无法逆推来源。理论 上，能加速质子到如此高能的过程，也会同时产生高能中微子；而中微子不带电、几乎不 受磁场影响，若能捕捉到它们，就有机会逆推出宇宙射线的真正源头。 换句话说，中微子像是从宇宙加速器深处逃出的「信使」，能把其他讯号（如伽马射线） 在长途旅行中被吸收或散射前，直接带到地球。 关键突破：首次确认「有中微子来自太阳系外」 设立在南极冰层中的IceCube每天都会记录海量讯号，不过绝大多数是「背景噪音」：宇 宙射线进入地球大气层後产生的粒子，以及在大气中生成的中微子。仅靠单一事件，很难 判断某颗中微子是否真的来自宇宙深处。 因此研究团队先筛选出符合中微子与冰相互作用特徵的事件，再从统计上比较这些事件的 能量分布、方向分布，看是否符合「宇宙中微子」的预期，而非来自地球大气。2013年， 团队发表第一批证据，显示确实侦测到来自太阳系外的高能中微子，随着资料量累积，这 项发现获得更坚实的统计支持。诺奖委员会指出，这标志着中微子天文学进入新阶段：从 「证明太阳与超新星会产生中微子」，推进到「用中微子搜寻宇宙中最暴烈、能量最高的 天体过程」。 诺奖委员会指出，截至目前，IceCube已经找到一些可能的中微子来源。其中一个被反覆 讨论的目标，是NGC 1068（又称 M77）星系，有79颗中微子看似来自这个星系的方向，但 现有证据不足以确认NGC 1068就是中微子的来源。研究人员预期，随着捕捉到的中微子数 量增加，未来有机会更精确地定位源头。IceCube团队近年也观测到来自银河系内部的高 能中微子，研究人员认为，这些中微子很可能是在宇宙射线与星际稀薄气体中的原子碰撞 时产生。这代表人类不只看到「来自银河系外」的中微子，也开始描绘银河系内部的高能 粒子环境。 诺贝尔委员会指出，未来几年将有更多中微子望远镜加入战场，包括贝加尔湖、地中海、 南海与加拿大西海岸等。至於南极本身，IceCube的扩建也已经提上日程：IceCube-Gen2 将把侦测体积从目前的1立方公里，扩大到8立方公里，进一步提高捕捉高能中微子的机率 ，提升定位源头的精确度。 -- 附按：补充资料 https://i.imgur.com/fSVm0MJ.jpeg https://i.imgur.com/9PRxci7.jpeg https://i.imgur.com/IN2Dtjn.jpeg -- 东风夜放花千树，更吹落，星如雨。宝马雕车香满路。 凤箫声动，玉壶光转，一夜鱼龙舞。 蛾儿雪柳黄金缕，笑语盈盈暗香去。 众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　——【宋】辛弃疾《青玉案・元夕》 --

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