瑞典皇家科學院宣布，2026年諾貝爾物理學獎授予比利時裔美國科學家弗朗西斯·哈爾岑（Francis Halzen），以表彰他對冰立方中微子天文台的決定性貢獻，以及對天體物理起源的高能中微子的發現。

南極的堅冰內，封存著破解宇宙奧秘的鑰匙。

任教於美國威斯康星大學麥迪遜分校的科學家哈爾岑以非凡的想象力、堅韌不拔的精神以及科學方面的遠見卓識，為一種全新的天文學奠定了基石——他提出利用南極冰川捕捉一種神秘的粒子：中微子。

這一構想最終催生了“冰立方”中微子天文台，使人類得以追蹤來自遙遠宇宙深處的中微子，窺探那些肉眼無法觸及的宇宙奧秘。

宇宙中最“害羞”的粒子

中微子，堪稱宇宙中最“害羞”的粒子。老子雲：“大音希聲，大象無形。”中微子亦然。它不帶電荷，質量微乎其微，幾乎不與物質發生作用。每秒鐘就有650億個來自太陽的中微子悄然穿過你的指甲，而你毫無察覺。

然而，這些“沉默的使者”也來自宇宙的其他角落，能為解開宇宙謎題提供關鍵線索。一旦成功捕獲這些稀有的宇宙中微子，科學家便能從中提取其起源地的極端環境信息，讀懂宇宙的秘密。

早在20世紀80年代，哈爾岑便意識到，南極的冰層或許是捕捉足夠多宇宙中微子的理想介質。他很快說服了眾多同行，1992年，一群堅韌的研究者與工程師首次嘗試將光傳感器植入南極冰川。約二十年后，曙光初現：“冰立方”中微子天文台記錄到高能中微子事件，其特征指向遙遠宇宙。尋找宇宙中微子起源的工作，由此正式拉開序幕。

粒子物理與天體物理交匯

哈爾岑在比利時長大，20世紀60年代粒子物理學的飛速發展深深吸引了他。最初，他專注於由夸克構成的大質量粒子。獲得博士學位后，他赴美任教於威斯康星大學麥迪遜分校。漸漸地，他開始思考：粒子物理學能否從抵達地球的宇宙粒子中獲得啟示？天體物理學又能否從粒子物理學中受益？

尋找中微子的契機，源於他對另一種粒子——宇宙射線的觀測。宇宙中不斷有高能粒子穿過，它們多為質子，即氫原子核。這些來自太空的質子有時攜帶著驚人能量，遠超地球上任何人造粒子加速器所能達到的極限。這些極高能宇宙射線的起源，一直是宇宙中蘊藏的最深層的奧秘之一。物理學告訴我們，能將質子加速至高能的過程，必然同時產生高能中微子。因此，中微子成為破解“宇宙粒子加速器”之謎的關鍵鑰匙。

成功識別高能中微子，意味著能將其與來自放射性衰變、太陽或大氣宇宙射線碰撞產生的低能中微子區分開來。那些並非源於地球附近的中微子，必來自遙遠深空——或許源自恆星爆炸的劇烈區域，或遙遠活動星系的核心。

冰中閃光捕捉宇宙間的“幽靈”

20世紀80年代，哈爾岑在研究宇宙粒子時，得知蘇聯科學家計劃在南極使用無線電接收器捕捉中微子信號。其原理是：當中微子與冰中原子核碰撞時，會產生電火花並輻射無線電波。若信號足夠強，便可被天線捕捉。哈爾岑受此啟發，意識到另一種方法或許更可行：在冰川中安裝光傳感器，捕捉碰撞產生的微弱閃光。

上世紀60年代，就有物理學家提出，水可以作為探測中微子的介質。當中微子罕見地與原子核碰撞時，會產生帶電粒子，沿原中微子方向運動並發出藍光。由於水透明，這種光可被探測。若設備得當，甚至可反推中微子的來向。關鍵在於：需要足夠大的水體，以捕捉足夠多的碰撞事件。

哈爾岑的創見在於：使用天然冰，而非水。他聯系了參與夏威夷深海中微子探測項目的同事約翰·G·勒納德。兩人共同探討在南極冰層中捕捉中微子的機遇與挑戰。

1988年，他們在波蘭的一次會議上首次提出在南極冰層中建立中微子天文台的構想。

南極是天然的宇宙實驗室

哈爾岑意識到，將觀測站設於南極具有多重優勢：那裡已有研究站，具備定期運輸與團隊協作所需的一切基礎設施。冰本身也是一種理想介質，其位於足夠深處。而且，與海洋不同，南極無生物干擾，放射性本底極低。冰層穩定，為工作人員提供堅實表面﹔地質結構穩定，無地震之虞。

唯一不便的是嚴寒——一年中大部分時間無法往返南極。所有實地工作必須集中在11月至第二年2月的短暫夏季。

起初，哈爾岑專注於理論工作﹔而勒納德則忙於其他項目，未再深入參與。若非這一概念激起廣泛興趣，故事或許就此終結。但短短數年內，來自不同機構的研究者紛紛匯聚於哈爾岑周圍，共同推動南極中微子天文台夢想的實現。

科學家們面臨的首要挑戰是如何將儀器深埋冰中。他們從冰川學家處得知，可用熱水鑽探技術融化冰層，鑽出數公裡深的孔洞，再將裝有光傳感器的長纜放入其中。哈爾岑將這些傳感器形容為“反向的燈泡”——它們不發光，而是捕捉光，並將其轉化為電信號。

從格陵蘭到南極

科學家們首先在格陵蘭冰層中測試傳感器，驗証其能否記錄粒子產生的光信號。隨后，他們開始在南極建造首個中微子天文台——“冰立方”的前身：高能中微子探測器陣列（AMANDA）。

哈爾岑回憶，1993年聖誕前夕，他坐在餐桌旁，膝上放著電腦，焦急等待第一條裝有光學模塊的電纜成功安裝的消息。

起初結果令人失望：冰層上部充滿氣泡，使光線散射，模糊了粒子軌跡信息。然而，在1400米深度以下，冰層變得極其純淨透明。在那裡，中微子產生的閃光在被吸收前可傳播達300米，遠超預期。這一“副產品”使科學家對冰層不同深度的物理性質有了更深入的理解。

盡管如此，現有裝置仍不足以完成探測高能宇宙中微子的使命。需要更大的探測體積——於是，“冰立方”應運而生：一立方公裡的冰體，配備5160個光傳感器，分布於86條纜線上。2010年9月，探測器全部布設完成、投入運行﹔2011年正式宣告項目完工。

多年來，哈爾岑始終是這一事業的催化劑與靈魂人物。作為盡職而熱情的首席研究員，他將項目從構想一步步推進至科學成果的產出。

冰立方終於聽見宇宙的低語

當然，像“冰立方”這樣的中微子天文台，探測到的遠不止目標中微子。

宇宙中微子必須在大量背景信號中被識別——主要是宇宙射線撞擊地球大氣產生的粒子。其中一些粒子可穿透至地表下1450至2400米深處的傳感器。每天，超過一億個此類大氣粒子被記錄。宇宙射線也會在大氣中產生中微子，其中每天有數百個從北半球穿過地球，抵達“冰立方”。

為“揪出”宇宙中微子，科學家們必須篩選出冰中發生相互作用的中微子事件。即便無法完全確定單個中微子的宇宙起源，他們仍可分析所有候選事件的整體特征，判斷其是否符合宇宙中微子的預期，並與大氣中微子區分開來。2013年，團隊報告了首個支持“已發現宇宙中微子”的証據。數年后，隨著數據積累，這一發現得到確証。

更多宇宙秘密即將揭曉

科學家們當前的重要目標之一是確定天體中微子的具體來源。“冰立方”已發現若干潛在源，其中之一是活動星系 NGC 1068（又稱M77）。在記錄的中微子中，79個似乎來自該星系方向，但証據尚不充分。隨著捕獲的中微子增多，定位來源的可能性將大幅提升。

近年來，“冰立方”團隊還首次觀測到來自銀河系內部的高能中微子。科學家們推測，這些中微子產生於宇宙射線與恆星間稀薄氣體原子碰撞之時。

未來幾年，中微子天文學必將迎來更多成果。北半球已有多個處於不同發展階段的中微子望遠鏡，它們建在水中而非冰中。啟發哈爾岑的DUMAND項目雖1995年終止，但其技術經驗滋養了后續貝加爾湖、地中海等相關研究。 

與此同時，“冰立方”仍在持續捕捉中微子。南極的下一步擴張已在規劃中——“冰立方-Gen2”將是一個規模達8立方公裡的驚人設施。

正如古人雲：“仰觀宇宙之大，俯察品類之盛。”如今，人類不僅仰望星空，更透過南極冰層，傾聽宇宙深處最微弱的低語。中微子，這宇宙的信使，正帶領我們走向一個更深遠、更神秘的天文學新時代。