2026年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(Francis Halzen),以表彰他“对冰立方中微子天文台(IceCube Neutrino Observatory)以及捕获天体物理起源高能中微子领域作出的决定性贡献。”
一秒钟,就有几十亿个神秘粒子穿过你的小指甲盖,穿过你的身体,穿过厚厚的大地,甚至直接穿透整个地球,你却完全感觉不到它的存在。
什么是中微子?宇宙的 “幽灵粒子” 是谁?
中微子,是宇宙里到处都有的微小粒子。
它几乎没有重量,不带电,性格超级 “社恐”,不爱和任何物质打交道。
太阳发光发热的时候会疯狂制造中微子;宇宙爆炸、黑洞周边剧烈活动,也会喷出大量中微子。
为什么叫”幽灵粒子“?
普通光线会被云朵、尘埃挡住;磁铁可以偏转带电粒子。可中微子不一样,它几乎不和别的粒子碰撞。就算是一光年厚的铅板,也只能拦住一半的中微子。
来无影、去无踪,穿过万物不留痕迹,“幽灵粒子” 这个外号,就是这么来的。
抓都抓不住,我们为什么非要研究它?
既然它这么 “高冷”,费老大劲找它有什么意义?
我们平时看星星,靠的是光。可是宇宙里很多极端的地方,厚厚的尘埃云雾会把光彻底遮住,望远镜什么也看不见。
而中微子不怕遮挡!
它不会被磁场拐歪,不会被尘埃挡住,从宇宙爆炸现场出发,沿着笔直的路线跨越亿万光年,一路飞到地球,身上还带着出生地的秘密。
它相当于宇宙寄来的一封封 “无字来信”。读懂中微子,我们就能看见那些光学望远镜看不见的黑洞、星系爆炸现场,搞懂宇宙最狂暴的地方究竟发生了什么。
科学家怎么 “逮住” 它?
中微子看不见摸不着,但亿万个中微子里面,偶尔会有一个运气不好,撞上冰层里的原子核。
一旦撞上,就会诞生新的高速粒子,在冰里飞速奔跑,迸发出一道淡淡的蓝色闪光,这叫切伦科夫光。
只要我们布置足够灵敏的 “眼睛”,捕捉到这一闪而过的蓝光,就能知道:刚刚有一个中微子来过!
想法听着简单,但中微子撞东西概率实在太低。想要等到这次碰撞,探测器必须做得超级巨大。
新诺奖得主哈尔岑脑洞大开:为什么不直接用南极天然大冰块当探测器?不需要人工造巨大水箱,就地取材,利用南极纯净万年冰层!这就是大名鼎鼎的冰立方 IceCube。
为什么偏偏选南极?别的地方不行吗?
很多同学会好奇:海洋、大湖也有水,为啥非要跑到冰天雪地的南极?
冰超级纯净:
南极地下一两千米的万年冰层,气泡杂质极少。
微弱蓝光可以传播很远,不会被杂质吸收散射。
隔绝干扰:
埋在地下1500‑2500米深处,完全隔绝阳光,挡住地表大量乱七八糟的宇宙噪音,不会把普通粒子误判成中微子信号。
体量足够大:
冰立方足足占用1立方千米的冰块,化成水可以灌满几十万个标准泳池,这么庞大的体积,才能够提高撞上中微子的概率。
科学家用高压热水在冰层钻出一条条千米深井,把86串线缆放下去,一共5160个篮球大小的光传感器埋进冰层,静静守候宇宙的闪光信号。
这台 “冰做的望远镜”,究竟看见了什么?
冰立方完工之后,埋在南极冰下日夜值守。
2013年,它拿到关键性证据:确认捕捉到来自太阳系以外、宇宙深处的高能中微子,这是人类第一次实实在在证明了这批宇宙信使的存在。
它捕捉到能量极高的中微子,其能量比我们地球实验室能造出来的粒子高出百万倍。
它追踪线索,发现部分中微子信号指向遥远的活动星系,那里藏着超大质量黑洞,正在疯狂吞噬物质,向外喷射粒子流。
它还探测到来自我们银河系内部的中微子信号,帮我们重新认识银河系高能环境。
在此之前,人类天文学全靠 “看光”。冰立方打开了全新的中微子天文学,我们不光靠眼睛看宇宙,还可以接住宇宙抛来的 “粒子信件”,探索光到不了的神秘角落。
科学家的疯狂构想
哈尔岑的想法从提出到拿诺奖,历经几十年。构想的时候,很多人都不确定这个疯狂计划能不能成功。科学家远赴严寒南极,凿冰、布放设备,耐心等待亿万个幽灵粒子中那极其稀少的一次碰撞。
很多伟大的科学发现,都需要大胆想象,加上长久的坚守。
宇宙还有无数秘密藏在这些幽灵粒子之中,冰立方还在南极冰层下继续值守,等待下一封来自宇宙的神秘来信。