今年物理诺奖给了中微子，下一个会是我们吗？

又是诺奖颁奖季，2026年诺贝尔物理学奖在6日晚上揭晓，颁给Francis Halzen(弗朗西斯·哈尔岑)，以表彰其“对冰立方中微子观测台的决定性贡献，以及发现具有天体物理起源的高能中微子”。

诺奖官网截图

诺奖确实都不可预测，但是如果说诺贝尔物理学奖有什么可以预测的话，其中一个就是中微子方面的一定能拿奖，无非是时间问题。这次是中微子这个领域的第5个诺奖，而这个领域真正堪称里程碑式的发现，也不过一只手数得过来，真是字面意义上的只要做出突破，并活得足够长，就能拿诺奖。

我们首先来讲一讲中微子究竟是什么。

爱因斯坦有一个非常著名的方程就是E=mc²。这是一个几乎人尽皆知的方程，可是它究竟是什么意思呢？

E是能量，M是质量，所以爱因斯坦所做的就是把这两个过去看来毫无关系的物理量联系了起来，说明能量可以是一种质量，质量也无非是一种能量。

物理学中有个著名的能量守恒定律，这个初中生就要求会背：能量不会凭空消失，也不会凭空产生，它只能从一种形式转化到另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，而在转移或转化的过程中，总量是不变的。这个在物理学当中被奉为圣经一样的存在。

那么既然能量也可以是质量，所以能量守恒定律如果用爱因斯坦的相对论来写，其实也就是反应前后的质量是不变的——当然，这里的质量应该是动质量，比如光子在静止状态下就没有质量，但是它是有动质量的。这都是爱因斯坦的相对论告诉我们的。

所以到了1930年，著名物理学家泡利就面临一个难题：他在研究贝塔衰变，却发现在这个过程当中，能量似乎不守恒，总是差一点，虽然很微小，但就是不相等。

这就是很考验一个物理学家直觉乃至运气的时刻：是承认能量守恒定律在这里失效了，还是仍然坚守能量守恒定律成立，并寻找其他的解释来让它成立呢？物理学家职业生涯的成败就取决于这样的选择。

沃尔夫冈·泡利

泡利选择了后者：他仍然认为能量守恒定律成立，但为此需要做出的解释就是，这个反应中还产生了一种新的粒子，而这种粒子极其微小，没有被探测到。这就是著名的中微子。根据标准粒子模型，应该有三种：电子中微子，陶中微子和缪中微子。

这个决定也让泡利痛苦万分。毕竟中微子的质量太小了，而且也不带电，因此不参与电磁相互作用。哪怕是原子，对于中微子而言，都如同苍蝇和摩天大楼一样，中微子可以毫不费力地从中间穿过，也不会发生什么反应。实际上每秒钟都有650亿个左右的中微子穿过我们的手指盖，但我们却根本感觉不到——绝大多数人没死甚至什么都没撞到，从构成我们手指的原子的缝隙里就钻过去了。

这样那样的特质意味着中微子极难探测，而偏偏正如波普尔所说，科学的核心在于可证伪性。泡利担心自己的假设哪怕理论上成立，也无法被实验验证。他说：“我做了件很糟糕的事。我预言了一种无法测到的粒子”，还说中微子的假说是一个“绝望的补救”。

费米在1933年使用中微子概念写了一篇论文，第1次给它起出了neutrino的名字，可这篇文章竟然被nature期刊拒稿，理由是“推测与现实太远，难以激起读者兴趣。”

也正是因为如此，中微子方面的研究才能保证几乎每有一点突破就能拿诺奖：哪怕是一小步的前进都难于登天。

1956年，弗雷德里克莱因斯与克莱德考恩第1次在实验中观测到中微子，考恩英年早逝，弗雷德里克莱茵斯则很幸运的活到了1995年的颁奖典礼；1962年，利昂莱德曼等人在加速器里发现了缪中微子，证明中微子至少有两种类型，他们在1988年获奖，甚至比中微子本身的发现者还更早；

1968年，美国科学家雷蒙德戴维斯捕捉到了来自太阳的中微子，但同时也发现观测到的电子中微子只有理论预期的1/3。1987年是天文学史上不得不说的一年，这一年发生了著名的1987A超新星爆发事件，这颗超新星产生的中微子被日本的小柴昌俊领导的超级神冈探测器捕捉到，同样也发现了数量的异常。两人在2002年获奖，而小柴昌俊无比幸运：当时超级神冈刚刚开机，而小柴再过几个月就该退休了，就在这个狭窄的窗口做出了诺奖级的发现。

小柴等人的获奖只不过是因为发现的现象，真正完善这个问题的是他的弟子梶田隆章。问题在于旧的超级神冈探测器和戴维斯的装置都只能探测到电子中微子，另外两种探测不到，于是理论假设便是，有相当大一部分电子中微子中途变成了另外两种。我们要是把它们用罗翔老师的方式称为张三、李四、王五的话，就仿佛是说张三走着走着突然间改名叫王五。这就是中微子振荡。

梶田隆章首先领导了超级神冈探测器的升级，既提升了精度又保证能够探测到另外两种，随后在1998年发现了大气中微子振荡——从地球另一侧穿透过来的μ中微子，有一半在飞行过程中转变成了其他类型。同时加拿大的亚瑟·麦克唐纳利用萨德伯里的中微子天文台发现了太阳中微子的振荡。这两人于2015年获奖，含金量比小柴昌俊还要高：中微子振荡现象意味着中微子是有静质量的，也就是说中微子如果静止下来，质量也不会是零，不像光子一样。

Francis Halzen (弗朗西斯·哈尔岑)

然后就是今年的哈尔岑。

我们先来介绍一下我们究竟是怎么探测到这个粒子的。

确实，中微子太小，也基本上不参与反应，但虽然它主要是从原子的缝隙中穿过，如果足够幸运的话。会撞到点什么东西，一如同城市里的苍蝇，也偶尔会撞到摩天大楼上。这样一撞就可以发生反应，电子中微子会撞出电子，其他两类也以此类推。这些粒子的高速运动会产生微弱的光，就是著名的切伦科夫辐射，就可以标志这样的一个事件。

不过这个光还是太微弱了，所以我们需要用光电倍增管来捕捉并放大。光电倍增管的核心是一组电极板，一边接正极，一边接负极，两边维持高压。

中微子碰撞发出的微弱的光，如果能很幸运地照在极板上的话，是可以放出少数几个电子(比如一个)。这些电子能量很低，但只要放出来，就可以借助电场加速，于是以更高的能量撞在另一侧的基板上，就可以放出更多的电子(比如10个)，这些电子也会被电场加速，也会撞到相对的一侧，再以同样的倍数放出新的电子，于是一个变成10个， 10个变成100个， 100个变成1000个，如此重复，最终变成一个可以被探测到的信号。

如果听起来觉得很难，那是正常的：中微子探测确实就是这么难，难到不借助国家的力量不可能完成，也难到任何发现都值得拿诺奖。

但至少这是一条路线：我们准备出足够多的东西，让中微子来撞(这个我们叫闪烁体，可以是固体，也可以是液体)，再找到足够多的光电倍增管来捕捉碰撞发生的光，就可以成为一个中微子探测器。

Francis Halzen (弗朗西斯·哈尔岑)

我们自然也可以想象到我们需要克服的困难：

首先闪烁体必须足够纯净，必须几乎完全透明，因为中微子碰撞发出的光极其微弱，稍微不透明一点，就会在传播的途中被闪烁体自己吃掉。使用液体做闪烁体就有这样的问题，尤其是有机物，会变质。光电倍增管也必须足够灵敏，这个其实已经是比较不成问题的问题了。

其次，这个环境必须没有任何外界的干扰。外面透过来的光绝对不行，哪怕一点光也可以比中微子产生的光强好几个数量级；同时也一定不能有什么其他的高能粒子，比如一个外面来的电子打到了光电倍增管上，就完全可以制造出一个假信号。通常情况下，这个问题的解决方法是把探测器建到地下，借助厚重的岩石或冰层屏蔽其他的粒子，比如江门中微子上面的岩层厚达700米。

我们在这里放一张中国江门中微子的图片，让大家看一看这个探测器究竟长什么样。这个工作人员趴在上面的就是盛放闪烁体的球壳，直径35.4米，而上面那一个一个金色的“玻璃泡”就是光电倍增管，这些管里面都抽成几乎绝对的真空，以避免干扰电子倍增的过程。每一个管都有20英寸大，和人对比也能看出来其大小。总共江门中微子有2万只这样的管。

图源网络

那哈尔岑做了什么？

哈尔岑首先意识到，南极的冰层可以成为相当好的闪烁体：上万年的自然净化，让这些冰极为纯净，透光性极其好。同时像超级神冈或者江门中微子这样建在深山当中的探测器需要担心地震问题，超级神冈就备受日本地震的折磨，但冰层也不需要担心这个。

同时，超级神冈也好，中国的江门中微子也好，都需要在极深的地下开发出巨大的隧道和大厅来安装巨型的液体闪烁体容器，施工难度和开支可想而知。但如果在冰层就可以很简单：从地面向下钻孔，把探测器伸进去即可，地质学家去南极的冰河的时候，轻松就能做到这个

当然，这样做可想而知也有问题：南极的环境太恶劣，不适合人长期驻留，尤其是在极地会有极昼和极夜，所有的操作都只能借助11月到2月期间这个狭窄的时间完成。

但这个其实小于好处，尤其是哈尔岑通过小规模的钻探实验，发现南极的冰的纯净程度甚至高于他的想象，中微子碰撞事件发出的切伦科夫光竟然能传播超过300米以上，这意味着探测器可以比他原先计划的大很多，而越大的探测器意味着越大的闪烁体，也就意味着越有可能捕捉到中微子事件。

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最终哈尔岑设计的装置就如同这张中科院物理所绘制的示意图所示：冰就是南极的冰层，在上面钻出将近1.5公里深的孔洞，再把一串如同LED彩灯一样用电缆连接起来的光电倍增管顺着孔洞伸下去。

江门中微子这样的探测器光电倍增管只装在球壳的最外层，只能捕捉到事件，却判断不了方向，但哈尔岑的设计意味着光电倍增管实际上组成了一个空间网格，通过看那几个管收到了信号，就可以测出中微子射入的方向，于是就能知道究竟是哪里产生了这个中微子，这就意味着它不单单是一个探测器，也是一个望远镜、天文台。

宇宙有很多中微子源，对上门如果还有印象的应该能理解，太阳这样的恒星就是。但是有一些中微子源，比如大型黑洞的碰撞，释放出的中微子能量会远远高于一般的中微子。

2013年，冰立方报告了首次探测到来自太阳系之外的高能中微子弥散通量，能量范围从数十TeV到数PeV(EV就是电子伏特，是量子力学和粒子物理学常用的能量单位，也就是一个元电荷通过一伏特的电压时产生的能量)。这是人类第一次捕捉到具有明确天体物理起源的高能中微子信号，标志着高能中微子天文学的诞生。

冰立方不仅看到了中微子，还发现了高能中微子的通量远超预期，且能谱与伽马射线暴不匹配。这意味着宇宙中存在我们尚未识别的“隐形加速器”。因此这也不是既有理论的验证，而是揭露了一些我们从未理解过的现象。总而言之，这次的诺奖其实和小柴昌俊的那次比较像。

那么问题就是，这个领域有没有可能有中国人的诺奖呢？

还记得我们之前一直在提的江门中微子吗？

江门中微子和之前的大亚湾都是由王贻芳院士领导的团队负责，王贻芳也确实是目前中国最有可能拿诺奖的人。

这两个实验基地都是以大亚湾核电站为中微子源，核心都是观测之前小柴昌俊等人发现到的中微子振荡现象。我们说过，中微子有三种，彼此之间可以震荡转换种类，由此便形成三种转换的组合，对应三个转换角，也就是θ12、θ23和θ13。前两个在王院士之前已经测出来了。

在之前的大亚湾实验中，王院士在2012年发现θ13非零，并极其精确地测量了它的大小，确实是一个很重要的发现，但是归根结底，这个研究是在梶田隆章和小柴昌俊等人之下继续研究，既然他们已经获过奖，再因为这个重复颁奖，意义就不是特别大。

王院士如果真的能拿诺奖，也应该是因为江门中微子。江门中微子可以说是大亚湾实验的进一步进行，我们要注意下图中的这个表：江门中微子被布置在大亚湾产生的中微子的震荡最显著的地方，会比大亚湾的实验效果好很多。

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2025年8月正式运行后，仅用59天有效数据，就完成了两项关键振荡参数的高精度测量，精度相较过去数十年多项实验的综合结果提高了1.6倍。相关结果成为nature封面，但还是上面的问题：仍然只是研究的进一步深化。

不过江门中微子用两个月都不到的时间就取得了这样的成果，毕竟是未来可期的。这个项目首先是要更精确地观测中微子振荡，最终目的是要借此完成中微子的质量排序，也就是三种中微子究竟谁最重，谁中间，谁最轻？这个成果如果能做出，那一定是诺奖级别的，这是无可争议的。

所以对于王贻芳院士而言，关键在于：要不然是江门中微子能够取得既定的学术成果，要不然就是在江门也向超级神冈或者哈尔岑的冰立方一样，发现了理论预期之外的现象，再要不就是从现在起，其他的中微子研究机构都没有做出比王院士已经取得的成果更好的结果——但这个很难，这次获奖的冰立方就有扩建计划，超级神冈升级版终极神冈也将在2027年投运，美国的深地下中微子实验（DUNE）和印度中微子天文台（INO）也在建设中。鹿死谁手还不一定。

同时我们也可以看到，诺奖从做出成果到颁奖从来都是有延迟的，通常是20年左右，像这次的哈尔岑能够获得用短短14年的时间获诺奖实属例外，也要归功于高能天体方面的研究大火。

众所周知，诺奖没有追授一说，都是颁给仍在世的人，所以想要获得诺奖继续要追求真理，也要与死神赛跑。

王贻芳院士生于1963年，今年已经63岁，20年的时间而言仍然是有希望的。当然，我们也得说，江门中微子如果真的能取得上述的成就——或是首先完成中微子质量排序，或是发现了预料之外的新现象，即使不是王院士，也肯定是团队里的其他人获奖，中国人会有人因为这个获得奖是板上钉钉的。

所以这次虽然不是中国人获诺奖，但对于中国的科学界仍不失为一个好消息：它表现了诺奖评审委员会对这个领域的持续关注，而偏偏这个领域，中国也在第一梯队里。诺奖的评审本身也很公平，毕竟之前如读者所说，不打招呼、不用缴费、评委不参评、不用自我推荐……它总印度的很多奖好很多。

而且也不用担心政治问题。1956年谢苗诺夫获得化学奖，两年后切伦科夫等人获得物理学奖，以表彰他们对切伦科夫辐射的研究，再两年后，苏联物理学最厉害的人物朗道也获了奖，因为他在凝聚态方面做出了重大贡献。再两年后，又有巴索夫和普罗霍洛夫因为激光器的研究获奖，而这是冷战最高峰，我们现在的对峙总也不可能比当时还严重。项某刚等人的酸葡萄从来不用多当回事。

所以，我们就这么一点希望：希望我们的江门中微子能再接再厉，也希望相关科研人员能健健康康的。不管是不是中国第一个，总之我们在这领域拿一个诺奖还是大有希望的，只是时间问题。

作者：海北尬生，因其尝求学于北海之北，每不顾环境而放尬言，故起此名也。喜航天，爱读书，本学理工，爱好文学。

~the end~