当地时间10月6日，瑞典皇家科学院宣布，将2026年诺贝尔物理学奖授予弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen），表彰他主导建设冰立方（IceCube）中微子天文台，开辟高能中微子天文学新领域，解开了百年宇宙射线起源谜题。
弗朗西斯·哈尔岑，1944年生于比利时蒂嫩，比利时裔美国粒子物理学家，威斯康星大学麦迪逊分校杰出教授，冰立方项目首席科学家。他是理论物理学家出身，却提出了一个曾经被很多同行认为“不切实际”的宏大构想：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。
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。光子会被尘埃、磁场遮挡，而中微子可以直线穿越浩瀚宇宙，不受磁场偏转，直接携带宇宙最剧烈天体事件的原始信息。自1912年宇宙射线被发现以来，这些来自深空的超高能粒子到底从何而来，一直是悬而未决的世纪难题。
早在上世纪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。作为一名理论学者，哈尔岑后来坦言：“如果我拥有充足的实验经验，我绝不会提出这个实验方案。”当时大家担心普通冰里大量气泡会散射光子，无法重建中微子的运动方向。但大自然给出惊喜：南极极点深处上万年冰层，在巨大压力下变得极致致密纯净，气泡被完全挤压消失，完美适配探测需求，这个意外发现奠定冰立方的可行性。
冰立方中微子天文台坐落于南极阿蒙森-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。
2013年，冰立方取得里程碑突破：首次探测到来自太阳系外的高能宇宙中微子，能量远超大型强子对撞机能够实现的能级，证实宇宙存在强大的天然粒子加速器，当年该成果被《物理世界》评为年度重大突破。2017年，冰立方捕获一个超高能中微子，回溯定位到遥远耀变体TXS 0506+056——一个由超大质量黑洞驱动的活动星系。这是人类第一次锁定高能宇宙中微子的源头，直接证明耀变体就是宇宙超高能射线的发源地，为百年谜题给出关键答案。哈尔岑当时激动地评价：“我们终于逮到了宇宙的粒子加速器。”
在此之后，冰立方持续产出重磅成果：绘制人类首张中微子视角的银河系图像，用全新“粒子信使”观察银河；对假想的第四种惰性中微子开展严苛检验，为粒子物理标准模型提供重要观测约束。它与LIGO引力波探测器并列，成为美国国家科学基金会支持的两大旗舰天体物理装置，开创了多信使天文学的全新篇章。过去人类靠电磁波看宇宙；如今，引力波、中微子共同成为新的观测窗口。
作为项目领导者，哈尔岑搭建起包含300多名全球科研人员的国际合作团队，推动跨国家、跨学科协作。他长期坚持科普，每年进行数十场公众报告，向大众讲述南极冰下捕捉幽灵粒子的故事。他先后斩获巴尔赞奖、布鲁诺·庞蒂科夫奖、布鲁诺·罗西奖等天体物理领域顶级荣誉，2024年入选美国国家科学院院士。
哈尔岑的获奖，不仅是一台南极探测器的胜利，更是一次研究范式的开拓。过去天文学依赖“看光”，而中微子天文学让我们可以“听粒子”，直接窥见黑洞、星系喷流内部无法通过电磁波观测的极端物理环境。冰立方的成功，催生下一代更大规模中微子天文台IceCube-Gen2的规划，人类对高能宇宙的探索才刚刚起步。
来源：光明日报
作者： 崔兴毅
