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正是冰立方首次系统性捕获来自深空的高能中微子，人类才得以从全新角度去“听”和“看”这个宇宙。
▲当地时间10月6日，瑞典皇家科学院宣布，将本年度诺贝尔物理学奖授予美国科学家弗朗西斯·哈尔岑。图/央视新闻
文 | 张田勘
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美国科学家弗朗西斯·哈尔岑，以表彰其对冰立方中微子天文台的决定性贡献和发现具有天体物理起源的高能中微子。
哈尔岑1944年出生于比利时，1969年获得比利时鲁汶大学博士学位，现任美国威斯康星大学麦迪逊分校教授。其科学贡献，一是领导建立冰立方中微子天文台，二是探索和发现高能中微子。
正是冰立方首次系统性捕获来自深空的高能中微子，人类才得以从全新角度去“听”和“看”这个宇宙。
在过去传统天文学中，物理学家依靠光子，如可见光、X射线、无线电波等，来观察宇宙。但物理学家认为，只有中微子是能够穿透宇宙迷雾的终极信使，只有用中微子才能还原更为真实的宇宙。
这是因为，中微子不偏转、不衰减，因为它不带电，几乎不与物质反应，它在宇宙中永远走直线。无论距离有多远，中微子都能毫无损耗地从源头直接飞到地球。
而且，太阳核心产生中微子后，只需几秒钟就能直接穿透太阳，并在约8分钟后抵达地球。探测中微子，等于拿到了直视恒星内部核反应、黑洞边缘和超新星爆发核心的X光片。观察中微子可以揭示宇宙起源，也能重新描绘宇宙。
尽管中微子无处不在，人们却很难察觉它们。它们可以穿过地球，甚至穿过人的身体，但人浑然不觉。极少数情况下，单个中微子会与原子核发生相互作用，这使得拥有合适设备的人才有可能发现它们。
哈尔岑于1988年首次提出在南极捕获中微子。因为，当中微子与原子核碰撞时，会产生一道闪光，这种闪光可以被透明冰川冰层中的传感器追踪。南极冰层具有诸多优势，它不受各种干扰，且地质也较稳定。
哈尔岑领导一支国际研究人员和工程师团队，于2011年在南极建立了一个冰立方探测器，即中微子天文台。这个冰立方，不只是埋在冰下的探测器，而是一整套协同工作的立体网络。
当外太空的中微子撞击南极冰层，并在传感器阵列中留下微弱的蓝色切连科夫辐射时，计算机便会根据光线的形状记录下中微子的形态。
通过这些探索，哈尔岑和研究团队很快发现了首批高能中微子，并在几年后发表了研究结果，表明这些中微子必定起源于太阳系之外。之后，冰立方中微子天文台获得了一系列成果。
2018年，哈尔岑等人首次追踪到一个高能中微子，源头直指37亿光年外的一个狂暴星系核。2023年，冰立方中微子天文台成功剥离地表杂讯，首次利用中微子为银河系拍摄了X光片，绘制出首张银河系中微子星图。
这张星图证明，银河系在宇宙中微子的背景下只是微弱的幽暗微光，绝大多数超高能中微子其实来自更遥远的外部星系。
2025年-2026年，欧洲在地中海深海中正在建造的中微子探测器成功捕捉到了一个极其惊人的超高能中微子候选体，其能量是之前冰立方中微子天文台探测到最高能量记录的数十倍。
而在日本的超级神冈探测器，也首次捕捉到弥散超新星中微子背景的迹象，被视为听到恒星死亡的群体低语。
在今天，捕获高能中微子的技术和设备还无法像5G网络或智能手机那样直接改变人们的衣食住行，但它们已经溢出到人们的日常生活中。
比如，冰立方中使用的超高灵敏度光电倍增管和高精度传感器，是人类光电探测技术的巅峰，可以提高医学显像精度，进行更精确的癌症筛查。其极低温下的光纤通信与分布式计算技术，也正在提升日常网络大数据的处理效率。
未来，利用中微子还可以建立穿透地球的通信线路，实现从中国北京发射信号，一条直线穿过地核，近乎无衰减、零延迟地直接到达美国纽约，完全不需要卫星中继或海底光缆。
中微子穿过不同密度的物质时，会有极其微弱的反应差异，因此它也能成为透视地球的终极粒子探针，帮助人们精准找矿与探测石油，更有效和准确地预警，甚至预报地震和火山爆发。
今年的诺贝尔物理学奖授予中微子领域的前沿研究，未来也必将以其更为广泛的科学应用造福人类社会。
撰稿 / 张田勘（科普专栏作家）
编辑 / 何睿
校对 / 付春愔
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