每秒1亿亿个粒子穿过你指甲盖，科学家在南极冰下抓到了它们

“不知道为什么，我早上5点半就醒了，第一件事就是打开《纽约时报》网站看头条。”胡安·卡洛斯·迪亚斯·贝莱斯回忆起前一天早上的情景，“让我大吃一惊的是，上面有一条突发新闻：弗朗西斯·哈尔岑刚刚获得了诺贝尔物理学奖。我立刻开始发消息，结果发现欧洲的同事们早就知道了。”

迪亚斯·贝莱斯在威斯康星大学麦迪逊分校的威斯康星冰立方粒子天体物理中心工作。新晋诺奖得主，就是他的老板。

“我到办公室的时候，每个人都在笑，互相祝贺。”迪亚斯·贝莱斯说，“我们聚在会议室里看新闻发布会，哈尔岑当时正在意大利参加一个会议。我们等他回来再庆祝，在那之前，继续研究中微子，因为这活儿永远干不完。”

这活儿，就是在一大块冰里面，捕捉一种几乎抓不住的粒子。

先看一张“核心图”：南极冰下埋了5160只眼睛

如果要把这个诺奖成果画成一张图，画面大概是这样：南极点的冰层下面，垂直埋着一串一串的传感器，像一根根串起来的珠子，总共5160个光学传感器，覆盖了1立方公里的冰。这张“网”的名字叫冰立方中微子天文台。

跟那位著名说唱歌手没关系。

迪亚斯·贝莱斯本人2010年参与了冰立方的建设，天文台在第二年正式开始运行。他说：“南极冰盖在1.5公里深处非常透明，所以传感器可以探测到μ子产生的光。μ子是一种亚原子粒子，是中微子与冰原子发生罕见相互作用时产生的。”

说人话就是：中微子几乎不跟任何东西打招呼，但偶尔、极偶尔，它会撞上冰里的一个原子，撞出来的东西会发光。那5160只“眼睛”，就是等着看这一闪。

中微子是什么？你身体里、香蕉里都在冒

“中微子是亚原子粒子，参与原子核内部的反应。”迪亚斯·贝莱斯解释说，“它们由地球上的放射性产生——甚至西瓜和香蕉里也有，因为含有钾-40——我们人体自身也会产生。”

不过没人能感觉到。这些粒子不容易与物质发生相互作用。顾名思义，中微子不带电荷，所以它们可以不受磁场影响，沿直线穿过太空，并且不断穿过整个地球，却不与任何一个原子发生反应。

“来自太阳的中微子多到，每秒钟有10亿个穿过你拇指的指甲。”迪亚斯·贝莱斯说。

注意，是每秒钟，10亿个，穿过你的指甲。而你毫无感觉。

他们要找的，不是普通中微子

哈尔岑团队研究的中微子，不是我们身边这种随处可见的普通货色。他们感兴趣的是来自深空的高能中微子。这些宇宙粒子可能源自超新星遗迹，甚至黑洞。这类天体的强磁场可以把质子之类的粒子加速到极高能量。

“当这些粒子与星际介质——由气体和等离子体组成——碰撞时，会产生伽马射线和中微子。”迪亚斯·贝莱斯说，“这就是为什么中微子是来自高能宇宙射线源的完美信使。我们探测到的最高能量中微子源来自活动星系核，那里含有超大质量黑洞。”

为什么说中微子是“完美信使”？因为它不带电，直线飞行，不会被磁场拐弯。它从源头出发，一路直奔地球，方向信息基本没丢。这跟光不一样，光在路上可能被挡住、被吸收、被偏折。

冰立方抓到了什么？

这个项目的第一个重大发现，是探测到了来自太阳系外天体物理源的中微子。其中最引人注目的源之一叫TXS 0506+056，这是与其他天文台合作确认的，那些天文台收集了各种伽马射线、光学和射电信号。TXS 0506+056是一个高能耀变体，一种看起来极其明亮、围绕超大质量黑洞旋转的星系。

研究人员随后寻找其他具有类似特征的天体，确认这一类源能够产生高能中微子。最近，他们还把银河系观测为一个弥散的中微子源。

除了天文学，冰立方对我们理解中微子本身的性质和行为也做出了重要贡献。比如，已知中微子有三种类型，去年的诺贝尔物理学奖得主发现这些粒子在飞行途中可以从一种类型变成另一种。冰立方让这种转变现象的测量越来越精确。

“另一个研究领域是宇宙射线，这也是我专注的方向。”迪亚斯·贝莱斯说，“我们发现它们并不是从所有方向均匀地来，而是来自一些偏好的方向，这告诉了我们它们在银河系中源头的分布。”

抓一个中微子，有多难？

宇宙射线由质子和更重原子的原子核组成，它们在项目数据中占了非常高的比例。

“探测一个中微子，就像在干草堆里找一根针。”这位研究者说，“冰立方每探测到一个中微子，就会探测到超过100万个由宇宙射线产生的μ子。”

100万比1。这就是为什么冰立方需要埋在南极1.5公里深的冰下，用1立方公里的冰来做“屏蔽”和“靶子”。

迪亚斯·贝莱斯担任冰立方合作项目的产品协调员，负责监督实验数据的处理和模拟的产生。“这涉及每两毫秒计算一次探测到的粒子的到达方向、能量和类型。”他说，“我们还需要以相当的速率模拟宇宙射线和中微子。这两项任务都需要分布在世界各地的高性能计算网络，总共大约10000个CPU核心和1000个GPU。”

一个名字背后，是450个人

这位研究者指出，虽然冰立方项目基于南极、总部在威斯康星，但它是14个国家、58个机构、450人的国际合作。参与这项工作的许多人都是硕士和博士生。尽管这个奖项只挂了一位科学家的名字，但这个名字背后，是几十位同事的工作。

回到那个早上。迪亚斯·贝莱斯在办公室里和同事们一起看新闻发布会，哈尔岑在意大利远程分享了他获得2026年诺贝尔物理学奖的消息。庆祝要等他回来，但工作不会停。

毕竟，每秒钟有10亿个中微子穿过你的指甲，而他们只抓到了其中极少极少的一部分。剩下的，还在冰里等着。