追踪“幽灵粒子”：他在南极冰层捕捉深空信使 | 2026年诺贝尔物理学奖揭晓

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2026年10月6日，2026年诺贝尔物理学奖授予比利时学者弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen）。这位中微子研究的领军人物对冰立方中微子天文台作出了决定性、奠基性的贡献，并借助冰立方发现了源自天体物理过程的高能中微子。

这已经是中微子相关的研究第五次拿到诺贝尔物理学奖了，粗粗算一下，中微子已经斩获了3000多万瑞典克朗的诺贝尔奖奖金（相当于2000多万人民币），堪称诺奖收割机啊。

那么，中微子到底是什么？为什么这么受诺奖青睐？今年的中微子研究又有哪些独特之处？

首先，也是最关键的，中微子是一种基本粒子。什么叫基本粒子？就是按照现在人类的认识，这些粒子已经是构成物质的最小单位，不能再往下分割了。基本粒子总共有几种呢？61种。但是刨除色荷和反粒子，其实也只有17种，其中中微子就占了3种。

看看这些基本粒子吧，哪个不是物理基石，哪个不是诺奖成果啊？毕竟，诺奖这个奖天生就偏爱基础研究。所以说，基本粒子生来就是诺奖心头好，只不过有些基本粒子是诺奖心头的好中好啊，比如今天的主角，中微子。

那么，中微子到底有什么魅力呢？这就要从它的出身和特性说起了。

1930年，泡利为了解决原子核β衰变前后的能量守恒问题提出衰变过程中一定会产生一种电中性且完全不参与电磁相互作用的粒子带走部分能量，这就是中微子。更关键的是，中微子的质量很小。小到什么程度？小到很长一段时间内物理学家认为它没有质量。

而证明中微子有质量的实验发现，也就是中微子振荡，也是诺贝尔物理学奖成果。而质量极小意味着它也不参与强相互作用。得咧，中微子这也不爱玩，那也不爱玩，那怎么证明您存在呢？也难怪泡利在预言中微子存在时嘟囔了一句：坏了，我预言的这种粒子好像根本不可能探测到啊。

问题，你说不可能就不可能？那我怎么知道你是不是胡诌的。一种粒子要是真的存在，怎么可能什么蛛丝马迹都不留下呢？结果，20世纪50年代，莱因斯（Frederick J. Reines）等人就在核反应中找到了反中微子（中微子的反粒子）存在的证据，从而证明了中微子存在，并由此拿到了1995年诺贝尔物理学奖。

既然中微子已经确认存在了，自然就有无数科学家想要探测这种粒子，最主流的方法就是利用地下深处的大量水。

为什么是地下深处？是中微子见不得人吗？非也。前面已经提过，中微子对谁都爱搭不理的，而且穿透性极强，别说穿到地下一两千米，就是穿过整个地球都不在话下，所以在哪儿对它来说都没差。把中微子探测器建到地下深处恰恰是为了屏蔽其他那些性质相对活泼的粒子，也就是用地表做个隔离。

那为什么要用水呢？因为中微子如果能在千百万次穿越中碰巧和水中的质子或中子相撞那么一次，就会产生高速运动的带电粒子，而带电粒子在水中高速运动就会释放一种微弱的蓝光切伦科夫光，只要安上光电倍增管，就能让这道光变明亮了。这就体现了水的另一个好处：透明。透明，光就能传播很远，方便观察。要是什么泥土之类的就没这个效果。所以说啊，中微子探测器里的水就好比魔兽里的粉，起到一个显形的作用。如果能找到替代方案也是可以的，比如我国的江门中微子实验就是在地下700米用了2万吨液体闪烁体。当然，无论用什么显影剂，量一定要大。毕竟中微子实在是太不喜欢和别人接触了，只能主打一个“力大砖飞”。

在用大量地下水探测中微子这条路上，最著名也最有代表性的无疑就是这次诺奖的主角IceCube冰立方了。它能在众多中微子探测器中脱颖而出勇夺诺奖的原因我总结为三点：构思早，设计巧，效果好。

早在20世纪80年代初，今年诺贝尔物理学奖得主Halzen就想到要在南极建中微子探测器了，为此他还先设计了一个AMANDA项目验证这条路可行，然后才在1988年正式提出造冰立方的想法。

冰立方的设计则更是巧妙。在冰面上打下86个孔，每个孔的深度在1450米至2450米之间，跨度达到1000米，再往孔里插入钢缆，钢缆上挂载共计5160个光电倍增管。这样一个钢缆光电阵列把1立方千米的冰都变成了探测器材料。

1立方千米的冰有多重？9亿多吨！没错，是9亿吨。做个对比，整个西湖的水量不过0.14亿吨，也就是说，冰立方的冰要是全化了能填60多个西湖。最妙的是，冰立方不仅能探测到中微子，还能知晓中微子的能量高低和源头方向。这就是那5160个光电倍增管的作用了，它们分散在南极冰面下的巨大空间中。当中微子产生的高速带电粒子运动时，就会依次点亮邻近的光电倍增管。这样一来，亮灯顺序就代表了带电粒子的运动方向，科学家就能反推出中微子源头的方向。同时，还能根据亮度推测出中微子的能量。

PPT做得好没有用，还得用实际成果说话。冰立方建成于2010年12月（诺奖PPT上是2011年），到2013年已经发现了28个高能中微子。其中有些中微子的能量比地球上用粒子加速器产生的最高能粒子还高1000倍。

能产生这么高能量中微子的，一定是在整个宇宙里都排得上号的天体和事件，比如：黑洞、超新星爆发、伽马射线暴等等。也就是说，以冰立方为代表的中微子探测器就像2017年诺贝尔物理学奖成果引力波天文台一样给人类开辟了一条观天新赛道。在此之前，我们看天只能用光、用无线电，总之是借助电磁波谱上的玩意儿，而我们现在有了引力波、有了中微子。就像吃饭原本只能手抓，现在有了刀叉筷勺，你就说意义大不大吧。

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