诺奖再度垂青天文！他用南极冰层，开创了中微子天文学|中微子天文学|南极|宇宙|诺奖|超级地球

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来源: https://www.universetoday.com/articles/the-sun-may-have-swallowed-a-planet

编译：胡榕翙

校对：牧夫天文校对组

责任编辑：王启儒

北京时间10月6日，2026年诺贝尔物理学奖揭晓。瑞典皇家科学院将这一殊荣授予弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen），以表彰他“对冰立方中微子天文台的决定性贡献，以及发现天体物理起源的高能中微子”。

弗朗西斯·哈尔岑是威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家。30多年前，他提出了利用南极数千米厚的纯净冰层探测宇宙高能中微子的构想，并在此后数十年间主导了该项目的建设与运行。

中微子是什么？

中微子是一种基本粒子，质量极小，不带电荷，几乎不与任何物质发生反应。它们产生于宇宙中各种极端物理过程，比如恒星内部的核反应、超新星爆发、黑洞周围的活动等。每秒钟有数万亿个中微子穿过地球，但绝大多数不会留下任何痕迹。

南极中微子观测站概念图

图片来源：中科院物理所

在他之前，天文学面临什么问题？

传统天文学靠观测光，比如可见光、射电波、X射线、伽马射线。但宇宙中很多最剧烈的过程发生在被尘埃和辐射遮住的地方，光根本穿不出来。而且光在传播过程中会被磁场偏转，被空间里的物质吸收或挡住，到达地球时已经丢失了源头方向的信息。所以，宇宙中能量最高的那些过程，长期以来没法被直接观测。

中微子没有这些问题。它们不带电荷，不受磁场影响，也不会被星际物质吸收或偏转，能从宇宙深处直线到达地球，带着源头最直接的信息。但难点在于，中微子太难探测了，它们几乎不跟物质反应，要捕捉它们，需要极其巨大的探测体积和极低的背景噪声。

他是如何解决这个问题的？

哈尔岑的方案是利用南极冰层。南极冰盖纯净透明、地质稳定，数千米厚的冰层本身就是巨大的探测介质。他主导建设的“冰立方”（IceCube）中微子天文台，在南极冰层下1450米至2450米深处，部署了5160个光传感器，覆盖了1立方公里的体积。当极少数中微子与冰原子发生碰撞并产生微弱蓝光时，探测器就能记录下来，并重建它的来源方向。

南极中微子观测站观测理论图

图片来源：维基百科

这项研究未来有什么意义？

冰立方建成后，哈尔岑团队取得了一系列核心成果：2013年首次捕捉到来自太阳系之外的高能中微子，宣告中微子天文学诞生；2018年探测到一个高能中微子并发出预警，随后确认它来自一颗剧烈爆发的耀变体，这是人类首次将高能中微子与具体天体对应起来；2022年在活跃星系NGC 1068中发现了中微子发射证据；2023年首次用中微子数据绘制了银河系图像；2026年在最新分析中识别出深空高能中微子能谱在约30TeV处存在一个明显的强度峰值。

这些发现让人类多了一种观测宇宙的方式。目前的数据显示，银河系中只有约10%的高能中微子来自自身，其余约90%来自河外星系。冰立方正在进行升级，未来将捕捉更微弱的中微子信号，帮助人类进一步了解遥远星系中黑洞和粒子加速过程的活动。诺奖的加冕，是对中微子天文学这一全新领域的最高肯定。