82岁“追光的人”独揽2026年诺贝尔物理学奖！他凿开南极冰层“看”宇宙

每秒，约650亿个来自太阳的中微子穿过人的指甲，却几乎不留下任何痕迹。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）花了数十年，把5160个光学传感器埋入南极一立方千米冰层。

今天（10月6日），2026年诺贝尔物理学奖被单独颁给82岁的哈尔岑，以表彰他对冰立方中微子天文台以及天体物理来源高能中微子发现作出的决定性贡献。

从比利时到美国，从实验室到南极冰层，他追逐了数十年的微弱闪光，最终为人类打开了一扇观察宇宙的新窗口。

每秒650亿个中微子穿过你的指甲，他为何要追踪这些“隐形粒子”？

弗朗西斯・哈尔岑于1944年3月23日出生在比利时蒂伦，目前任职于威斯康星大学麦迪逊分校。

他奠定了一种全新天文学的基础。他的构想是利用南极冰川冰层，捕捉被称为中微子的隐秘粒子。这一构想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。

图片来源：诺贝尔奖官网

中微子是宇宙中最“羞怯”的粒子，不带电荷，质量几乎为零。通常情况下，它悄无声息地穿过物质；只有极少数时候，中微子会与原子核碰撞，显露出自身的存在。每一秒，有650亿个来自太阳的中微子穿过你的小指指甲，而你毫无察觉。

中微子同样来自宇宙其他区域，携带着解开部分宇宙谜团的线索。科研人员一旦成功捕捉这些更为稀少的宇宙中微子，就可以提取信息，了解它们诞生的极端宇宙环境。

为什么偏偏是南极？哈尔岑想用“冰中闪光”捕捉中微子

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・哈尔岑就意识到，南极冰层十分适合捕获足够多这类神秘的中微子，从而让科学家得以探究它们遥远的起源。他很快说服许多同行认可这一构想的潜力。

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冰川之中。

大约二十年后迎来重大突破：冰立方中微子望远镜探测到一批中微子，其特征让研究者确信它们来自遥远太空。人类正式开启对宇宙中微子源的搜寻。

20世纪60年代粒子物理领域取得诸多进展，吸引哈尔岑投身这一方向。博士毕业后不久，他前往美国威斯康星大学麦迪逊分校。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；反过来，天体物理也能从粒子物理研究中获益。

物理理论认为，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。

科研人员如果成功识别出携带巨大能量的中微子，就可以把它们和低能中微子区分开来。后者来自放射性物质衰变、太阳，或是宇宙线撞击地球大气时的产物。那些并非诞生于地球周边的中微子，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。

哈尔岑从中获得启发，想到另一种方案：在冰川冰层布设光传感器，探测碰撞产生的闪光。

哈尔岑的想法是使用天然冰层，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，把中微子天文台建在地理南极点有诸多优势：当地已有科考站，具备常态化运输保障，科研团队开展工作所需的配套设施一应俱全。

冰层本身作为探测介质也优势突出：足够深处终年黑暗；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坚实地面；该区域地质稳定，无地震活动。

研究团队首先在格陵兰开展试验，把传感器布入冰层，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，他把电脑放在腿上坐在餐桌旁，等候消息，确认首根搭载光学模块的电缆成功布入冰层。

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。项目需要更大的探测体积，于是冰立方工程启动：在一立方千米冰层中布设光传感器。冰立方于2011年全面建成，86根电缆搭载5160个光传感器。

多年来，哈尔岑始终是项目的核心推动者，先后主导AMANDA与冰立方。作为坚定热忱的首席研究员，他带领项目从构想阶段一路推进，直至完成观测、产出科研成果。

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，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分辨信号。

为找到宇宙中微子，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，他们也可以统计全部筛选事例，看整体特征是否符合宇宙中微子预期，并与大气中微子区分。

2013年，团队公布首批证据，证实确实探测到宇宙中微子；数年之后，积累了足够数据，最终确认这一发现。

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全新高度。科学家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，获取其他观测手段无法得到的认知。

相比质子，中微子的一大优势是不带电。带电质子在宇宙中穿行时，行进轨迹会被磁场弯折，无法依靠方向反推起源。但是加速质子的过程同样会产生中微子，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，就有望定位宇宙线质子的加速源。

宇宙最剧烈活动的另一类信使是伽马射线。伽马射线在太空传播途中与光、物质发生作用时会衰减，而中微子不受影响。

冰立方的发现只是开始。

一项核心目标，是确定单个天体中微子源。冰立方已经找到若干候选源，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；传感器捕获的中微子数量越多，锁定源头的概率就越大。

近年，冰立方团队还观测到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。