在坚冰下捕捉宇宙“幽灵粒子”——2026年诺贝尔物理学奖解读

发布时间: 2026-10-10 11:43:04 来源：科技日报

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利用南极冰川捕捉一种神秘的粒子——中微子（艺术图）。

◎本报记者刘霞

10月6日，瑞典皇家科学院宣布，2026年诺贝尔物理学奖授予比利时科学家弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen），以表彰他对冰立方中微子天文台的决定性贡献，以及对天体物理起源的高能中微子的发现。

哈尔岑以非凡的想象力、坚韧不拔的精神，以及科学方面的远见卓识，为一种全新的天文学奠定了基石。他提出利用南极冰川捕捉一种神秘的粒子——中微子。这一构想最终催生了冰立方中微子天文台，使人类得以追踪来自遥远宇宙深处的中微子，窥探那些肉眼无法触及的宇宙奥秘。

早在20世纪80年代，哈尔岑便意识到，南极的冰层或许是捕捉足够多宇宙中微子的理想介质。他很快说服了众多同行，1992年，一群坚韧的研究者与工程师首次尝试将光传感器植入南极冰川。约20年后，曙光初现：冰立方中微子天文台记录到高能中微子事件，其特征指向遥远宇宙。寻找宇宙中微子起源的工作，由此正式拉开序幕。

寻找中微子的契机，源于他对另一种粒子——宇宙射线的观测。宇宙中不断有高能粒子穿过，它们多为质子，即氢原子核。这些来自太空的质子有时携带着惊人能量，远超地球上任何人造粒子加速器所能达到的极限。物理学告诉我们，能将质子加速至高能的过程，必然同时产生高能中微子。因此，中微子成为破解“宇宙粒子加速器”之谜的关键钥匙。

20世纪80年代，哈尔岑意识到，在冰川中安装光传感器，可捕捉碰撞产生的微弱闪光。他联系了参与夏威夷深海中微子探测项目的同事约翰·G·勒纳德。两人共同探讨在南极冰层中捕捉中微子的机遇与挑战。

短短数年内，来自不同机构的研究者纷纷汇聚于哈尔岑周围，共同推动南极中微子天文台梦想的实现。科学家首先在格陵兰冰层中测试传感器，验证其能否记录粒子产生的光信号。随后，他们开始在南极建造首个中微子天文台——冰立方的前身，即高能中微子探测器阵列。

然而现有装置不足以完成探测高能宇宙中微子的使命，研究需要更大的探测体积。于是，冰立方应运而生：一立方公里的冰体，配备5160个光传感器，分布于86条缆线上。2010年9月，探测器全部布设完成、投入运行；2011年宣告项目正式完工。

为找到被称为“幽灵粒子”的宇宙中微子，科学家必须筛选出冰中发生相互作用的中微子事件。即便无法完全确定单个中微子的宇宙起源，他们仍可分析所有候选事件的整体特征，判断其是否符合宇宙中微子的预期，并与大气中微子区分开来。2013年，团队报告了首个支持“已发现宇宙中微子”的证据。数年后，随着数据积累，这一发现得到确证。

近年来，冰立方团队还首次观测到来自银河系内部的高能中微子。科学家推测，这些中微子产生于宇宙射线与恒星间稀薄气体原子碰撞之时。

中微子，这一宇宙信使，正带领我们走向一个更深远、更神秘的天文学新时代。