10月6日,瑞典皇家科学院将2026年诺贝尔物理学奖授予了美国威斯康星大学麦迪逊分校的弗朗西斯·哈尔岑(Francis Halzen),以表彰他“对冰立方中微子天文台的决定性贡献以及发现具有天体物理起源的高能中微子”。
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值得注意的一个细节是:这是诺贝尔物理学奖时隔34年首次只颁发给一位科学家。上一次的单人获奖,还要追溯到1992年因发明多丝正比室而获得物理学奖的波兰裔法国物理学家乔治·夏帕克。瑞典皇家科学院用这份“独奖”的荣誉,表达了对哈尔岑个人远见与领导力的最高认可。
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一块南极冰,为什么能摘得诺奖?
中微子是宇宙中最“幽灵”的粒子,不带电、几乎不与任何物质发生作用,每秒钟都有数以万亿计的中微子穿过我们的身体,我们却毫无察觉。但也正因为如此,它们成为探索宇宙的最佳“信使”:宇宙中那些剧烈的高能过程,会产生能量高达地球实验室百万倍的粒子,而其他辐射在抵达地球的路上会被磁场偏转、被尘埃遮挡,唯有中微子方向不变、能量无损,携带着源头的原始信息,直达地球。
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问题是:怎么捕捉它们?
1988年,哈尔岑提出了一个大胆得近乎疯狂的设想——用南极的冰来当中微子的探测器。这个脑洞乍听起来离谱,细想却精妙无比:当中微子偶尔与冰层中的原子核碰撞时,会产生一道微弱的光闪,光在纯净的冰中被数以万计的光传感器捕捉到,就能反推出中微子的来路和能量。而南极冰层堪称完美的“天然实验室”:冰质纯净透明、不受各种干扰影响,地质稳定、没有地震。哈尔岑的设想很快获得同行支持,仅几年后,研究团队就在冰层中进行了传感器初步测试。
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一立方公里的“冰立方”
宇宙中高能中微子极其罕见,要攒够足够数量的碰撞事件,就需要足够巨大的探测体积。2011年,"冰立方"中微子观测站在南极建成——那是一个整整一立方公里、装备着光传感器的冰体。一立方公里是什么概念?约合10亿立方米,比我国查干湖约7亿立方米的年均蓄水量还要大。研究人员在冰层中钻孔至约2.5公里深处,垂入数千根电缆、安装上万个光学传感器,让整片冰原变成人类观察宇宙的“眼睛”。
成果很快到来:首批高能中微子被捕获;几年后,又确认了来自太阳系之外、具有天体物理起源的中微子。寻找宇宙中微子源的研究正式开启,天文学由此进入“中微子天文”时代。这些持续收集的数据,正在为揭示宇宙中最暴力、最神秘的角落——活动星系核、伽马射线暴,乃至此前未知的宇宙现象——提供全新的视角。
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为什么是哈尔岑?
1944年出生于比利时的哈尔岑,今年已经82岁。诺贝尔奖官方评语写道:他意识到南极的冰可以用来追踪中微子,他的远见与科学领导力对冰立方观测站至关重要。把一个当时看似天方夜谭的构想,变成横跨数千人、持续数十年的国际大科学工程,需要的不仅是智慧,更是坚持。
从1988年的一个想法,到2011年冰立方落成,再到今天站上诺奖领奖台——哈尔岑用近40年告诉世人:有时候,科学的突破口不在于建造更精巧的仪器,而在于换一双看待世界的眼睛。当所有人都在挖更深的矿洞、修更大的加速器时,他看向了脚下那片万年冰原。
人类仰望星空的方式,从此多了一种:透过南极
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