當地時間10月6日，幽灵粒子瑞典皇家科學院宣布，年诺南极將2026年諾貝爾物理學獎授予弗朗西斯·哈爾岑（Francis Halzen），贝尔冰层捕捉表彰他主導建設冰立方（IceCube）中微子天文台，物理開辟高能中微子天文學新領域，学奖解開了百年宇宙射線起源謎題。宇宙

　　弗朗西斯·哈爾岑，1944年生於比利時蒂嫩，年诺南极比利時裔美國粒子物理學家，贝尔冰层捕捉威斯康星大學麥迪遜分校傑出教授，物理冰立方項目首席科學家。学奖他是宇宙理論物理學家出身，卻提出了一個曾經被很多同行認為“不切實際”的幽灵粒子宏大構想：把南極上千米深的萬年寒冰，改造成一台捕捉中微子的年诺南极巨型望遠鏡。

　　中微子被稱作宇宙的贝尔冰层捕捉“幽靈粒子”。它質量極小、不帶電，幾乎不與普通物質發生相互作用，每秒有上百億個中微子穿過我們的身體而不留下痕跡。光子會被塵埃、磁場遮擋，而中微子可以直線穿越浩瀚宇宙，不受磁場偏轉，直接攜帶宇宙最劇烈天體事件的原始信息。自1912年宇宙射線被發現以來，這些來自深空的超高能粒子到底從何而來，一直是懸而未決的世紀難題。

　　早在上世紀90年代，哈爾岑就啟動冰立方的前身AMANDA項目，驗證“南極冰可以充當粒子探測器”的構想。作為一名理論學者，哈爾岑後來坦言：“如果我擁有充足的實驗經驗，我絕不會提出這個實驗方案。”當時大家擔心普通冰裏大量氣泡會散射光子，無法重建中微子的運動方向。但大自然給出驚喜：南極極點深處上萬年冰層，在巨大壓力下變得極致致密純淨，氣泡被完全擠壓消失，完美適配探測需求，這個意外發現奠定冰立方的可行性。

　　冰立方中微子天文台坐落於南極阿蒙森-斯科特南極站，探測器埋在冰層1450米至2450米深處，體積達到1立方公裏，布放了數千個光電傳感器。當高能中微子撞擊冰中的原子核，會產生高速帶電粒子，進而發出淡藍色切倫科夫光，遍布冰層的傳感器就能捕捉這一瞬閃光，反推中微子的能量、飛行方向。項目2005年動工，曆經6年艱苦的南極極地施工，2010年全麵建成投入運行，是人類有史以來最大的中微子探測器。

　　2013年，冰立方取得裏程碑突破：首次探測到來自太陽係外的高能宇宙中微子，能量遠超大型強子對撞機能夠實現的能級，證實宇宙存在強大的天然粒子加速器，當年該成果被《物理世界》評為年度重大突破。2017年，冰立方捕獲一個超高能中微子，回溯定位到遙遠耀變體TXS 0506+056——一個由超大質量黑洞驅動的活動星係。這是人類第一次鎖定高能宇宙中微子的源頭，直接證明耀變體就是宇宙超高能射線的發源地，為百年謎題給出關鍵答案。哈爾岑當時激動地評價：“我們終於逮到了宇宙的粒子加速器。”

　　在此之後，冰立方持續產出重磅成果：繪製人類首張中微子視角的銀河係圖像，用全新“粒子信使”觀察銀河；對假想的第四種惰性中微子開展嚴苛檢驗，為粒子物理標準模型提供重要觀測約束。它與LIGO引力波探測器並列，成為美國國家科學基金會支持的兩大旗艦天體物理裝置，開創了多信使天文學的全新篇章。過去人類靠電磁波看宇宙；如今，引力波、中微子共同成為新的觀測窗口。

　　作為項目領導者，哈爾岑搭建起包含300多名全球科研人員的國際合作團隊，推動跨國家、跨學科協作。他長期堅持科普，每年進行數十場公眾報告，向大眾講述南極冰下捕捉幽靈粒子的故事。他先後斬獲巴爾讚獎、布魯諾·龐蒂科夫獎、布魯諾·羅西獎等天體物理領域頂級榮譽，2024年入選美國國家科學院院士。

　　哈爾岑的獲獎，不僅是一台南極探測器的勝利，更是一次研究範式的開拓。過去天文學依賴“看光”，而中微子天文學讓我們可以“聽粒子”，直接窺見黑洞、星係噴流內部無法通過電磁波觀測的極端物理環境。冰立方的成功，催生下一代更大規模中微子天文台IceCube-Gen2的規劃，人類對高能宇宙的探索才剛剛起步。

　　來源：光明日報

　　作者： 崔興毅

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