把一立方公里的南极冰变成望远镜，他38年后拿下诺奖

美国威斯康星大学麦迪逊分校教授弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen），拿到了今年的诺贝尔物理学奖。他把一立方公里的南极冰，做成了一台探测中微子的望远镜。

1200万瑞典克朗的奖金由他一人独得，这也是时隔34年，诺贝尔物理学奖再次只颁给一个人。哈尔岑1944年生于比利时，1969年获鲁汶大学博士学位，后来赴美任教，并入籍美国。

就在诺奖揭晓的几天前，中秋加国庆的假期里，一群中国科学家正在南海3500米的水下忙碌。他们在“海铃盆地”完成了首根望远镜串列样机的深海布放，并接入南海观测网。

再往前推两个月，广东江门地下700米，JUNO（江门中微子实验）用一份《自然》封面论文宣布，运行还不满一年的装置已经把中微子两个关键振荡参数的测量精度做到全球最高。项目负责人、中国科学院院士王贻芳给出时间表。吵了半个世纪的中微子“质量顺序”问题，3到5年内解决。

三个装置其实都在追问，宇宙中最极端的能量从哪里来？南极的冰立方找高能宇宙中微子的源头，江门地下700米的JUNO测反应堆中微子的质量顺序，南海的海铃要在近赤道海域，补上冰立方看不到的那半张中微子天图。

钱、装置、供应链，中国在这条线上陆续补齐了短板。

中微子到底是个什么东西？

中微子有个外号，叫“幽灵粒子”。

它不带电、几乎没有质量，也很少跟其他物质打交道。每一秒，约有650亿个来自太阳的中微子穿过你的小指指甲，而你毫无感觉。

就是这种几乎“不存在”的东西，却藏着宇宙最大的秘密之一。宇宙中存在天然的粒子加速器，能把质子加速到地球实验室水平的100万倍。但没人知道这些加速器是什么、在哪里、怎么运作。

中微子是破案的钥匙。因为宇宙射线带电，在星际磁场里会拐弯；而中微子不带电，一路直线飞行，从不偏航。抓住一颗高能中微子，就等于拿到了一张宇宙深处的“回执单”。顺着它的方向往回看，就能找到那个极端天体的坐标。

问题是，怎么抓住它？

答案是，用海量的透明介质当靶子，铺满传感器，然后等。等它在极少数情况下撞上原子，发出一缕微弱的蓝光，再把这缕光抓住、放大、反推。要么，就用核反应堆人工制造中微子流，守株待兔。

南极和南海

先讲冰立方的23年长跑。

1988年，哈尔岑公开提出用南极冰层观测中微子的构想，当时没人相信这事能成。要在极寒之地钻出千米深的冰孔，把串满传感器的缆绳沉下去，工程难度近乎疯狂。但他坚持下来了。2010年12月，最后一串传感器沉入钻孔；2011年，冰立方达到完整规模并正式运行，5160个光学模块埋进南极冰层下1450米到2450米之间，靠一立方公里的天然冰做“靶子”；2013年，冰立方宣布首次发现来自宇宙的高能中微子，震动学界；2017年9月，它捕获一颗超高能中微子，一年后，人类第一次确认它与遥远的耀变体TXS 0506+056相关联。多信使天文学的大门被一脚踢开。

从1988年提出构想，到2026年获得诺奖，这条路走了38年。

但故事没有结束。诺奖委员会在公布现场，把目光投向了正在建设和规划中的下一代中微子望远镜，其中包括南极的IceCube-Gen2、地中海的KM3NeT、贝加尔湖的Baikal-GVD、东太平洋的P-ONE，以及南海3500米深处的中国“海铃计划”（TRIDENT）。

与国际主流项目同列，意味着海铃已经被放进全球下一代中微子望远镜的布局图中。

这里有个耐人寻味的人物线索。海铃的首席科学家徐东莲，正是从冰立方走出来的。2008年到2018年，她在冰立方国际合作组读完了博士、做完了博士后，曾亲赴南极参与探测器的标定工作。2018年，她选择回国，加入上海交通大学李政道研究所，并在2020年正式提出海铃计划构想。该计划由中国科学院院士景益鹏担任项目负责人，徐东莲担任首席科学家。

从南极到南海，从学生到首席，她把这条线，牵回了中国的海域。

哈尔岑本人是李政道研究所国际学术咨询委员会委员。2023年，他在上海交大公开演讲时这样评价这位前合作者牵头的新项目：“海铃将为中微子天文学开启新的篇章。”

为什么非要选南海、非要“近赤道”？因为海水比冰更透明，水体比纯水大得多，是天然的大型阵列介质；更关键的是，中微子的“振荡效应”在不同纬度不一样，赤道附近能补上南极和地中海都覆盖不到的那半张天图。这不是重复建设，是拼图里缺失的那一块。

海铃的野心也写在明面上，一期10根望远镜串列，计划在2027年开展装机，建成后将成为全球首个近赤道深海中微子望远镜；终极大阵列由约1200根串列组成，阵列直径约4公里，监测体积约7.5立方公里、设计寿命20年，预期在2030年前后建成。届时探测灵敏度将比冰立方提升三个数量级以上，在南天关键天区的观测能力，比升级后的冰立方高2到3个数量级。

江门地下700米

如果说冰立方和海铃是“望远镜”，江门中微子实验（JUNO）更像一台“显微镜”。

它是守在广东江门的地下700米，旁边就是几座核电站。反应堆源源不断吐出大量中微子，JUNO用两万吨液体闪烁体接住它们，干一件物理学界吵了半个世纪没吵出结果的事，测出中微子的“质量顺序”。

这件事为什么重要？因为它一旦被测出来，粒子物理标准模型要改写一块，宇宙演化模型也要跟着修正。这不是一个“锦上添花”的实验，是“查漏补缺”级的。

JUNO的时间表：

• 2025年8月26日，装置正式运行取数；

• 2026年6月10日，首批物理成果以《自然》封面文章形式刊出，仅用59天有效数据（2025年8月26日至11月2日），把两个关键振荡参数（θ12和Δm²21）的测量精度，比过去几十年多项实验的综合结果提高了1.6倍；

• 2026年8月9日，项目负责人王贻芳院士在国际基础科学大会上明确表态，中微子质量顺序问题预计3到5年内解决。同场，他获颁本届大会的丁肇中物理奖章。

地下700米，35.4米直径的有机玻璃球泡在44米深的水池中央，4.5万只光电倍增管布满内壁。这台“地球上最精密的眼睛”，一睁眼就跑出了国际最高精度。《自然》审稿人评价称，该成果“在中微子振荡物理步入精确测量之际，确立了JUNO在新时代的关键地位”。

中微子探测器里最贵、最关键的零件，叫光电倍增管（PMT），它负责把那缕极微弱的蓝光放大成电信号，是整个装置的“视网膜”。

20英寸大尺寸PMT，过去长期被日本滨松光子等少数海外企业垄断，国内大尺寸PMT市场90%以上依赖进口。这是典型的“卡脖子”。装置可以自己建，“眼睛”得看别人脸色。

中国花了十几年把这块硬骨头啃了下来。结果不只是把价格压下来，更把供应链拿回了手里。如今国外的垄断厂商，反而被迫降价。

JUNO一共装了约4.5万只光电倍增管。2万只20英寸大尺寸PMT中，约75%（1.5万只）由北方夜视集团研制供货，初始合同金额2.7亿元，平均一只约1.8万元，只有滨松原售价的三分之一左右，后因设计优化追加至2万只；其余约四分之一由滨松供货。2.56万只3英寸小尺寸PMT，则由海南展创光电供货，全部国产。海铃样机用的也是国产管子。

冰立方载入史册的是物理本身，而中国在这一领域的硬产业能力，是在JUNO和LHAASO这类装置上被“倒逼”出来的。中国大尺寸光电倍增管从“被卡脖子”，到进入欧美、日本下一代大型科学装置的测试与采购视野。

长跑里的位置

回头看这条线，中国基础科学手里的牌，其实已经凑齐了三件。

钱，JUNO起步预算约22亿元人民币（含国际合作贡献约2亿元），海铃一期则由国家自然科学基金、科技部、上海市、海南省及上海交通大学共同支持，量级已经站上了国际第一梯队； 装置，JUNO已运行并产出《自然》封面论文，海铃一期2027年装机后将成为全球首个近赤道深海中微子望远镜； 供应链，大尺寸PMT跑通国产替代，北方夜视、海南展创把工艺和价格都压了下来，20英寸部分仍有约四分之一依赖滨松，但主动权已经换了手。

需要说清楚，冰立方、JUNO、海铃三家装置彼此之间没有任何股权、采购或运营绑定。冰立方由美国威斯康星大学麦迪逊分校牵头的国际合作组运营；JUNO由中国科学院高能物理研究所主导；海铃由上海交大李政道研究所牵头，十余家国内科研院校合作。

它们的共同点是，都是冲着中微子这个基础科学问题去的。这恰恰是基础科学最朴素的样子，不同国家、不同团队，各自想办法，各自往前跑，谁先跑到谁先拿到答案。没有投资回报表，没有上市时间表，只有几十年如一日的“敢不敢”。

哈尔岑用38年，把一个“疯狂的想法”变成了诺贝尔奖。他的中国同行们，正在南海和江门，把这个故事续写下去。

（本文首发钛媒体APP，作者 | 硅谷Tech news，编辑 | 赵虹宇）