南极寒冰改造成巨型望远镜，这位诺奖物理学家抓住宇宙“隐身人”

当地时间10月6日，瑞典皇家科学院决定将2026年诺贝尔物理学奖授予弗朗西斯·哈尔岑，以表彰他对冰立方中微子天文台作出的决定性贡献，以及对天体物理来源高能中微子的发现。 中微子被称作宇宙的“幽灵粒子”。它质量极小、不带电，几乎不与普通物质发生相互作用，每秒有上百亿个中微子穿过我们的身体而不留下痕迹。这意味着中微子难以被发现。弗朗西斯·哈尔岑提出构想并获奖：把南极上千米深的万年寒冰，改造成一台捕捉中微子的巨型望远镜。 自20世纪70年代以来，哈尔岑深耕宇宙射线物理学和天体粒子物理学发展领域。除粒子物理学外，他还发表了许多早期论文，涉及宇宙射线异常与夸克物质、粒子物理学与宇宙射线之间的关系。 20世纪80年代中期，哈尔岑开始对中微子研究产生浓厚兴趣。1988年，哈尔岑首次提出在南极捕捉中微子的构想。当中微子与原子核碰撞时，会产生一道闪光，可以被埋藏在纯净冰川冰层中的传感器捕捉到。 南极的冰层具有诸多优势：不受各类干扰影响，且该地区地质稳定、没有地震。哈尔岑和他的设想很快获得了其他研究者的支持，仅仅几年后，研究人员就在冰层中对传感器进行了初步测试。 中微子由于极难与物质发生相互作用，常被称为宇宙中的“幽灵粒子”。不过，宇宙里中微子极为稀少，因此要观测到足够数量的碰撞事件，就需要极其庞大的冰体。 早在20世纪90年代，哈尔岑就启动冰立方的前身AMANDA项目，验证“南极冰可以充当粒子探测器”的构想。冰立方中微子天文台坐落于阿蒙森-斯科特南极站，探测器埋在冰层1450米至2450米深处，体积达到1立方公里，布放了数千个光电传感器。 当高能中微子撞击冰中的原子核，会产生高速带电粒子，进而发出淡蓝色切伦科夫光，遍布冰层的传感器就能捕捉这一瞬闪光，反推中微子的能量、飞行方向。项目2005年动工，历经6年艰苦的南极极地施工，2010年全面建成投入运行，是人类有史以来最大的中微子探测器。 研究人员很快发现了首批高能中微子，几年后又发表了具有里程碑意义的成果：确认探测到了必定来自太阳系之外遥远天体物理源的中微子。自此，寻找宇宙中微子源头的探索正式拉开帷幕。 从在南极冰层下埋入数千个光学探测器，到第一次确认来自宇宙深处的高能中微子，再到尝试追踪这些粒子究竟来自哪些极端天体，冰立方最终打开了一扇过去不存在的宇宙观测窗口。 此次获奖的核心就是对冰立方中微子天文台（IceCube Neutrino Observatory）的决定性贡献，以及成功发现高能天体中微子。作为该项目的领军人物，哈尔岑长期任职于美国威斯康星大学麦迪逊分校。在他的不懈推动下，人类在南极冰层深处建造了这一宏大的探测器，利用数千个光学传感器捕捉来自宇宙深处的高能中微子。 2025年，约翰·克拉克（John Clarke）、米歇尔·德沃雷（Michel H. Devoret）和约翰·马丁尼斯（John M. Martinis）因发现电路中的宏观量子隧穿与能量量子化获奖。三人在20世纪80年代开展的实验发现，由大量带电粒子共同构成的超导电路，大到手可握持，也能通过隧穿逃离零电压状态，且只吸收或发射特定分量的能量。这为量子计算机、量子密码学和量子传感器等下一代量子技术的发展提供了契机。 2024年的奖项则颁给了约翰·霍普菲尔德（John J. Hopfield）和杰弗里·辛顿（Geoffrey E. Hinton），表彰他们为利用人工神经网络实现机器学习作出的奠基性发现和发明。人工智能研究为何获得物理学奖？两人的工作借用了物理学的概念和方法：霍普菲尔德构建了能够存储和重建信息的联想记忆网络，辛顿与同事谢诺夫斯基则从这一网络出发、利用统计物理思想发展出玻尔兹曼机，使网络能够从示例中学习、自主发现数据中的特征。 2023年，皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）、费伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）和安妮·吕利耶（Anne L'Huillier）因产生阿秒光脉冲以研究物质中电子动力学的实验方法获奖。在电子的世界里，变化发生在十分之几阿秒之内；一阿秒短到一秒中所含的阿秒数，相当于宇宙诞生至今所经历的秒数。由于快速事件在人眼感知中彼此交融，研究这样短暂的过程需要特殊的技术。三人产生的阿秒光脉冲正是这样的工具，让科学家得以测量电子运动和能量改变的快速过程。 这些成果的关键研究多始于数十年前，体现了基础科学产生广泛影响需要长期积累。2010年诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆此前接受新京报贝壳财经等媒体采访时曾表示，材料科学从实验室到真正应用于生活需要花费很长时间，它不像计算机科学一样能够在一两年内创造收益。他以石墨烯为例指出，其仍是一种年轻的材料，未来在工业和生活中还有进一步发挥作用的空间。 2026年诺贝尔物理学奖揭晓前，中国科学院院士、南方科技大学校长、清华大学教授薛其坤和华裔物理学家叶军因近期进入两项被视为“诺奖风向标”的国际学术奖项名单而受到关注。 在诺贝尔物理学奖的历史上，华人科学家也留下了重要贡献。截至2025年，共有李政道、杨振宁、丁肇中、朱棣文、崔琦和高锟六位华人科学家获奖。最近一次是2009年高锟获奖。 1957年，李政道、杨振宁因对宇称定律的透彻研究获诺贝尔物理学奖。两人在1956年时指出，相互作用在镜面反射下未必对称，β衰变与π介子衰变随后被证实不遵从宇称守恒，改变了人们对自然界左右对称性的认识。 1974年，丁肇中与伯顿·里克特（Burton Richter）分别领导团队独立发现了一种寿命极短的粒子（即J/ψ粒子），其中含有一种此前未知的夸克，即粲夸克，补上了基本粒子分类体系中缺失的一环。两人因此共同获得1976年诺贝尔物理学奖。 1997年，朱棣文因发展激光冷却和俘获原子的方法与他人共同获得诺贝尔物理学奖；1998年，崔琦因发现具有分数电荷激发的新型量子流体，与两位合作者分享该奖，相关成果属于分数量子霍尔效应研究；2009年，高锟因在光于光纤中传输方面的开创性成就与他人共同获奖。他在1966年提出，玻璃纤维中的光损耗主要源于杂质而非物理原理的限制，若制出高纯度光纤，便可借助激光实现长距离光通信，这一判断为光纤通信的实现奠定了基础。 华人科学家的这些成果也展现了科学研究与现实需求之间的联系。香港理工大学协理副校长（研究及创新）、郭氏集团仿生工程教授、机械工程系讲座教授王钻开此前接受新京报贝壳财经记者采访时表示，基础研究的投资周期较长。另外，基础科学和应用研究是相辅相成的，正是基础研究的突破催生了各种黑科技、硬科技。 从实验室突破走向广泛应用，需要科研与产业之间的合作。美国国家工程院院士、美国艺术与科学院院士陈世卿此前接受新京报贝壳财经等媒体采访时表示，科学家要做的是“把潜能说出来”，“再跟企业家、生产工厂挖掘这些机会，制造出产品，产品卖出去后才有可能大规模用起来”。谈及中国优势时，他表示：“我们还有很多很好的应用场景。所以技术和应用怎么结合起来，需要我们做更多考量。”

📕作者： 王春荣撰 · 更新于 2026-10-07 11:56:10

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📸 记者 赵金凤 摄 · 更新于 2026-10-07 11:56:10