2026诺贝尔物理奖 把南极冰变成“宇宙望远镜”

　　瑞典皇家科学院10月6日宣布，将2026年诺贝尔物理学奖授予科学家弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen），以表彰其对冰立方中微子天文台的决定性贡献和发现具有天体物理起源的高能中微子。

这是10月6日在瑞典斯德哥尔摩拍摄的2026年诺贝尔物理学奖公布现场。图源：新华社

　　弗朗西斯·哈尔岑将独享1200万瑞典克朗的奖金。诺奖委员会的评语里有一个听起来有点疯狂的描述：他把一立方公里的南极冰，变成了一台望向宇宙深处的望远镜。

　　什么是中微子？冰立方中微子天文台又是什么？为什么要去南极建？潮新闻专访了浙江大学天文研究所研究员陈海。

　　中微子：看不见摸不着的“幽灵粒子”

　　“中微子是客观世界的一种基本粒子，无处不在。”陈海解释，它最出名的特点，是“几乎不跟任何东西打交道”。

　　“它跟我们身体、跟普通实验装置发生相互作用的概率非常非常小，基本上就直接穿过去了。”陈海打了个比方：你此刻坐在椅子上读这篇文章，每秒就有数万亿个中微子穿过你的身体，但你毫无感觉，它们也毫发无损。

获奖者研究项目示意图 图源：诺奖官网

　　这些中微子从哪来？低能量的中微子有的来自太阳，称为“太阳中微子”；有的来自宇宙射线撞击地球大气产生的“大气中微子”。能量更高的中微子，则来自银河系内外那些极端暴烈的天体活动，比如超新星爆炸、黑洞吞噬物质等。

　　正因为“谁都拦不住”，中微子得了个外号叫“幽灵粒子”。也正因为这一特性，它成了宇宙里最忠诚的“信使”。

　　“中微子在传播时，基本上就是直来直往。所以我们在地球上测量到它的方向之后，沿着反方向逆推回去，就能很清楚地知道它从哪里来。”陈海说，它就像能穿墙而过的“信使”，能把现场的信息直接带出来，这样一来，科学家就能够了解宇宙的形成、构成等。科学家对中微子的研究主要还停留在基础科学层面，但它打开了一扇全新的宇宙观测窗口。

　　问题来了：既然中微子几乎不跟物质反应，那怎么抓它？弗朗西斯·哈尔岑的想法是：去南极，在那里透明的冰层里，埋下成千上万的光学传感器。

　　冰立方：在地球最南端的“望远镜”

　　这个设想后来变成了冰立方中微子天文台（IceCube）。

　　“冰层相对于海水或湖水有一个天然优势，就是它是固定着的，条件更加可控。”陈海解释，冰立方不是一台摆在地面上的机器，而是把大约一立方公里的南极冰本身，变成了探测介质。

　　具体怎么做？陈海用了一个非常形象的比喻：“科学家在南极冰层里钻很深的孔，钻好之后形成一个阵列。然后在这些深孔里放上光电倍增管。每一个孔里就有一长串，就像糖葫芦一样，将一个个山楂串起来，这一个冰层内就形成‘多串糖葫芦’。”

　　据诺奖官网，冰立方覆盖整整一立方公里的冰层，传感器阵列布设在冰面以下约1450米至2450米之间，由数千个光电倍增管组成，整个装置于2011年建成。

　　那怎么通过“糖葫芦”捕捉中微子？当中微子偶尔撞上冰里的原子，会产生带电的次级粒子。这些粒子在冰中高速穿行时，速度超过了光在冰中的传播速度，于是会发出一种非常微弱的蓝色辉光——切伦科夫辐射。

　　陈海介绍，埋在冰下的光电倍增管记录这些光到达的时间、方向和强弱，再由计算机反推出：这颗中微子大概从哪儿来、能量有多高。

　　“根据这一串串糖葫芦上面，哪些山楂刚好形成了对应的光电信号，以及信号的强度分布，我们可以反推得到高能中微子的方向和能量。”陈海说。

　　从1988年哈尔岑公开提出南极冰层观测方案，到2011年冰立方正式建成运行，这条路走了二十多年。

　　2013年，冰立方首次宣布发现了来自宇宙的高能中微子，被《物理世界》杂志评为年度突破；2017年，冰立方捕获一个超高能中微子，回溯定位到遥远耀变体TXS 0506+056，这是人类第一次锁定高能宇宙中微子的源头。

　　诺贝尔物理学奖委员会主席马克·皮尔斯评价，哈尔岑的坚持与科学远见，“为一种新型天文学铺平了道路”。

　　中国：正在编织“多信使”天文网

　　在冰立方的科学历程中，其实也有中国科学家的身影。上海交通大学李政道研究所长聘学者徐东莲曾在冰立方国际合作组学习、工作多年，亲历了宇宙高能中微子及首个对应天体源的探索，2017年当选冰立方“青年科学家代表”。

　　2018年，徐东莲回到国内，在上海交通大学提出在中国南海，建一座新一代深海中微子望远镜。这就是“海铃计划”（TRIDENT），由上海交通大学李政道研究所牵头，徐东莲担任首席科学家。

　　与冰立方把探测器埋入南极冰层不同，海铃选择把阵列沉入温暖的南海深海。据公开信息，今年6月，海铃中微子实验室（海南）在三亚崖州湾科技城正式揭牌，为“海铃一期”工程化建设提供保障。

　　除了“海铃计划”，中国在粒子捕捉上还有多项布局。

　　在广东江门地下700米深处，由中国科学院院士王贻芳牵头的江门中微子实验（JUNO）已于2025年11月发布首个物理成果：完成两项中微子振荡参数的高精度测量，精度相较于过去数十年多项实验的综合结果提升了1.6倍。今年6月，该成果以封面文章在《自然》期刊刊出。

　　此外，高海拔宇宙线观测站拉索（LHAASO）也在不断对宇宙射线进行探索，就在数日前，中国科学院高能物理研究所与南京大学联合宣布，我国天关卫星与拉索首度牵手，在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围，发现了一条长达42光年的超长X射线尾迹。这条此前从未被完整看到过的X射线尾迹，让科学家得以追踪宇宙高能粒子。

　　一个个大装置建成，并成果频出，中国正在构建一张完整的“多信使”天文观测网络。

　　回到1988年，弗朗西斯·哈尔岑提出去南极捕捉中微子，曾被视作近乎疯狂的设想；如今，这一设想已结出诺奖级成果。从冰立方到海铃计划，再到拉索，人类观测宇宙的“眼睛”越来越多。随着多信使天文观测网络不断完善，相信宇宙的秘密将被人类逐步揭开。