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38载守望宇宙微光，冰立方如何破译中微子的深空密语？
诺奖官方介绍称，哈尔岑意识到南极的冰可以用来追踪中微子，他的愿景和科学领导力，催生了这座埋在冰盖下、体积达一立方公里的“颠倒望远镜”。人类借此第一次拿到了宇宙加速器产生的高能中微子存在的确凿证据。 中微子是宇宙中数量最庞大的基本粒子之一，每秒钟有数万亿颗穿过人的身体。它不带电、质量极轻，几乎不与任何物质发生作用，因此获得了“幽灵粒子”的绰号。 正是这种“不合群”，让它成为宇宙深处最理想的信使。超新星爆发、黑洞撕裂恒星、活动星系核喷流……这些极端天体事件产生的中微子，可以横穿数亿光年的星际空间直奔地球，途中不减速、不转向、不被尘埃遮挡。 几乎不与物质作用也意味着几乎无法被捕捉。科学家想出的办法是“以大博大”。中微子偶尔会与冰中的原子核相撞，产生高速带电粒子，在冰中留下一缕淡蓝色的切伦科夫光。只要把足够大体积的透明介质变成“探测器”，静静等它撞上来，就能捕捉到这种粒子。南极点冰盖深处的万年冰，纯净、无气泡、无光污染，是地球上独一无二的理想介质。 哈尔岑正是提出这一构想的人。这位理论物理学家出身的研究者在20世纪80年代末提出，在南极冰盖中探测中微子。彼时主流学界视之为天方夜谭。 1993年，原型机AMANDA动工，此后又走了十七年。2010年12月18日，随着第5160个传感器沉入冰下，冰立方中微子天文台完成全部布放。86根电缆、每根串着60个数字光学模块，垂直嵌入一立方公里的冰层，构成一台埋在地下、倒着仰望天空的“望远镜”。2011年5月，它开始完整取数。 “我没有想到，建探测器的过程比科学本身还精彩。”哈尔岑回忆。施工队要在两天内钻出一个2.5公里深的洞，然后再重复85次；团队还要破译从未有人研究过的冰的光学性质。 哈尔岑1944年出生于比利时，先后在鲁汶大学取得硕士与博士学位，1969年至1971年在欧洲核子研究中心工作，1972年起任教于威斯康星大学麦迪逊分校。他是理论物理学家出身，研究夸克与粒子物理。 冰立方的落成被视为“反常识”的样本：一个不做实验的理论家，建成了世界最大的粒子探测器，并让它在南极的极端环境里运转十余年。 2013年，研究团队在《科学》杂志发表论文，探测器捕获了28个超高能中微子事件，首次以超过4倍标准差的置信度证实，这些中微子来自太阳系之外的宇宙加速器。这些中微子的能量比1987年观测到的超新星中微子高约5000万至1亿倍，也比欧洲核子研究中心大型强子对撞机所能加速的粒子高出约三个数量级。“很高兴终于看到了我们一直在寻找的东西。这是天文学新纪元的黎明。”哈尔岑说。 自那以后，冰立方的成果接踵而至。2018年，它为一颗40亿光年外的“耀变体”（活动星系核）定位了中微子源，表明宇宙中存在能把粒子加速到远超人类加速能力的“天然加速器”，入选《科学》年度十大突破之一；2021年，它确认了2016年记录到的格拉肖共振事件。从发现宇宙加速器，到为宇宙中微子溯源，中微子天文学已与引力波天文学并肩，成为“多信使天文学”时代的两大新感官。 从1988年提出构想，到2013年看到天体中微子，哈尔岑等了25年；再到今年的诺贝尔奖，是38年。而这项荣誉的归属方式也格外罕见。冰立方合作组如今有来自十余个国家的数百名科学家，诺奖却单独授予了提出愿景并领导全程的那个人，奖项表述是“决定性贡献”。 纵观中微子研究全球版图，中国团队是其中重要一极，且与冰立方颇有渊源。由中国科学院高能物理研究所主导的江门中微子实验（JUNO）位于广东江门开平地下700米，2025年8月正式运行取数，首个物理成果2026年6月以封面文章刊于《自然》，测量精度较此前国际最好水平提高1.6倍。 两大装置的研究路线互补。冰立方看超高能的天体中微子，JUNO盯核电站反应堆中微子。冰立方升级装置和JUNO等多个中微子实验曾在全局拟合研究中联合发表论文，合并多实验数据，有望在三到七年内以超过5倍标准差的置信度排除错误的中微子质量顺序。 在2026年6月的国际中微子大会上，JUNO已公布倾向正质量顺序的阶段性结果，统计显著性达2.3倍标准偏差，为国际最高精度。 南方+记者 吴雅楠 钟哲
📕作者： 刁志军撰 · 更新于 2026-10-07 10:25:32
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🔞我的私人教练姜雪峰用了一个通俗的比喻来解释，日常经验容易让人认为，传递需要双方接触；但两位科学家的研究，打破了“电子转移必须要求两个位点的物理接触”的传统认知，利用微观世界量子物理中的“量子隧穿效应”（Quantum Tunneling），电子也可以发生类似于“薛定谔的猫”那样的反直觉行为——也就是说，两个看似没有接触、能垒较高、相距较远的位点之间，依然能够发生电子转移。
📸 记者 张树亮 摄 · 更新于 2026-10-07 10:25:32
