原文作者：Elizabeth Gibney & Davide Castelvecchi
Francis Halzen被授予2026年诺贝尔物理学奖，他对南极点中微子天文台所做的研究工作，帮助揭示了关于宇宙的奥秘。
10月6日，Francis Halzen被授予诺贝尔物理学奖，表彰其在中微子物理学领域的贡献。来源：Althea Dotzour/University of Wisconsin–Madison
比利时出生的物理学家Francis Halzen对来自宇宙深处的中微子的探测做出了杰出贡献，被授予2026年诺贝尔物理学奖。中微子是一种极难捕捉的高能粒子。
他的开创性贡献为一台大型探测器奠定了基础，这台探测器就是位于南极点的冰立方中微子天文台（IceCube Neutrino Observatory）。该天文台的观测结果推动建立了中微子天文学和多信使天文学领域，让物理学家得以通过观测来自深空的高能事件，解锁宇宙之谜。
Halzen就职于威斯康星大学麦迪逊分校，他将一人独揽1200万瑞典克朗（约合120万美元）的奖金，瑞典皇家科学院在10月6日宣布了这一消息。这是自1992年之后物理学奖再次颁给单人获奖者。
“这是个巨大惊喜，我完全没有想到能拿奖，”Halzen在宣布奖项后的诺奖媒体招待会上说道，“这个荣誉属于敢于和我一起做项目的同仁——当时没有一位出色的保守派物理学家愿意加入我，正因为有这么多杰出人士的付出，我今天才会出现在这里。”
在我们所处的宇宙中，中微子是排在光子之后、数量第二多的粒子。每秒有超过10亿个中微子穿过我们的手，然而，高能中微子非常非常少，而且极难探测到。冰立方的设计，能用于探测从宇宙中一些最高能环境飞来的中微子，如超新星爆发和γ射线暴。由于中微子能直接穿过物质，我们就能沿着它们笔直的轨迹追索到另一头的高能事件，这为研究人员提供了一种探究天体物理学现象的独一无二的方式。
Halzen被誉为“中微子天文学之父”，法国艾克斯-马赛大学的中微子物理学家、KM3NeT（立方千米中微子望远镜）发言人Paschal Coyle说。KM3NeT是地中海在建的一个同类大型天文台。
位于南极点的冰立方中微子天文台源自诺奖得主Francis Halzen的大胆构想。来源：Ilya Bodo, IceCube/NSF
遥望深空
尽管我们身边的中微子无处不在，但它们的探测难度极大，因为它们不受磁场影响，几乎不怎么发生反应。上世纪80年代，Halzen提出设想：在南极透明冰层向下钻孔，再将串成串的探测器下放至1.5千米处——这里没有太多干扰，当高速中微子撞击原子时，就能探测到那稀有而微弱的闪光。
Halzen从理论上推断，只要体积足够大，这种设计就能捕捉到中微子，而其路径就能揭示它们的来向，并“顺藤摸瓜”地找到它们在宇宙中的出处（见“中微子天文台”）。
冰立方中微子天文台有一个由5160个传感器组成的探测阵列，天文台于2011年完工，耗资2.71亿美元，由美国国家科学基金会出资。如今，冰立方合作组有逾450名研究人员。“经过15年的开发，再加上10年的建设，没人能保证我们会看到什么，”冰立方首席科学家Halzen在2025年告诉美国物理学会的APS news，“很多人认为我们什么都发现不了，但我们看到了。”
还不到两年，探测器就观测到了来自银河系外的极高能中微子。2013年，冰立方发表的结果[1]显示，有一群能量超高的中微子，其能量高到不可能在太阳系内产生，并由此开创了中微子天文学的新领域。
“我们最大的冒险，是当时没人知道这个立方千米探测器是否足够大，是否有能力探测到地球大气之外的宇宙中微子。但我们只用了两年就探测到了，”Halzen在诺奖发布会上表示。
“我们获得了来自其他星系超大质量黑洞的中微子的证据，它们极其明亮，以至于当你看着中微子天空时，你都看不到银河系了。”
2014年，冰立方发现了三个能量比以往都高的中微子，它们被命名为伯特（Bert）、厄尼（Ernie）、大鸟（Big Bird），它们的能级达到了“拍”电子伏（PeV，10的15次方电子伏），比地球上最先进粒子对撞机产生的粒子能量还要高出数千倍。三年后，冰立方合作组终于等到了一个高能中微子，并首次确定了它的源头——名为TXS 0506+056的遥远星系，这一发现常被称为“Texas事件”。
冰立方探测器埋在南极冰层深处——这里能过滤掉很多干扰——以捕捉高能中微子。来源：Yuya Makino, IceCube/NSF
后续观测显示，这个源头是个“耀变体”，耀变体是中心有一个超大质量黑洞、亮度会剧烈变化的激变星系。多个望远镜利用不同方法观测了这个耀变体，并在2018年的七篇论文中描述了这个来源。
灵魂人物
Halzen在1944年出生于比利时的蒂嫩，而后就读于比利时鲁汶大学。他是科班出身的粒子物理学家，曾在日内瓦近郊的欧洲粒子物理实验室CERN工作，1971年移居美国威斯康星州。
Halzen从1999年的冰立方首次提案开始便一直是首席科学家，他是整个项目“毫无争议”的灵魂人物，冰立方资深成员、德国慕尼黑工业大学的天体粒子物理学家Elisa Resconi说，Halzen的一大功劳在于，他推动的这个实验概念，曾被许多研究者视为“世界上最奇怪的事”。不光在南极，而是在南极点布设一台大型设施，其建造难度是可想而知的。
中微子物理学先驱Francis Halzen摘得2026年诺贝尔物理学奖。来源：Christine OLSSON/TT NEWS AGENCY/AFP via Getty
“他很有个人魅力，当他走进房间，所有人都会转过来看，”Resconi说。他还特别注重人才培养，能记得合作组每位成员的名字和学术背景。
Coyle等人指出，如此庞大的设施得以建成，Halzen功不可没。Coyle说：“他推动了从理论上预测中微子速度，以及它们的可能来源。”
“Francis是我认识的人中最谦虚低调的，”参与冰立方实验的德国波鸿鲁尔大学的天体粒子物理学家Julia Tjus说，“我第一次见他的时候还是个研究生，我那时就惊叹于他居然会秒回我的每一封邮件。20多年过去了，他现在还是会秒回。”
冰立方的影响
开创了中微子天文学领域后，冰立方如今不再“孤零零”地探测深空中微子了。其他天文台，从西伯利亚到地中海，正在将产生中微子的宇宙极端环境绘成地图。
中微子天文学还能帮助天体物理学家揭开宇宙线（主要是质子和原子核）的加速原因——它们抵达地球时的能量高得出奇，但它们的行进轨迹会发生偏折，不像中微子那样可以笔直指向源头。
2023年，冰立方实验向着这个目标又跨过了一个里程碑，其研究人员绘制的首个图谱显示了中微子如何“点亮”整个银河系。该图谱与弥漫γ射线一致，验证了预测这两类粒子产生于相同天体物理学现象的模型。
“他的奇思妙想——将南极冰层作为中微子望远镜——取得了巨大回报，”伦敦国王学院物理学家、顶级神冈（Hyper-Kamiokande，日本中部在建的一个中微子天文台）联合发言人Francesca Di Lodovico说。
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