刚刚，诺贝尔物理奖爆冷！82岁狂人一人独揽，凿穿南极冰川

新智元报道 就在刚刚，2026年诺贝尔物理学奖公布！ 比利时裔理论物理学家、威斯康星大学麦迪逊分校教授Francis Halzen，一人独揽整座诺奖奖杯。 获奖理由是表彰他「对冰立方中微子天文台的决定性贡献，以及发现来自天体物理源的高能中微子」。 1200万瑞典克朗奖金，全部归他一人！ 赛前接连拿下两个「诺奖风向标」的华人物理学家薛其坤和叶军，这次都没能押中。 这个奖项，全额授予了一位曾被所有人当成「疯子」的理论物理学家。 上一次物理学奖只颁给一个人，还是1992年。中间隔了整整34年。 因为在38年前，他提出了一个疯狂到不可思议的构想： 去地球上最苦寒绝望的南极点，把整整1立方公里的万年冰川钻开，改造成一台捕获宇宙深处神秘粒子的超级望远镜！ 他后来回忆这段往事，说得非常坦白：「我猜别人一定也想到过同样的点子，然后放弃了。要不是我当时对天然冰的光学性质一无所知，我大概也会放弃。」 今天，这个构想不仅改变了人类观测宇宙的维度，也终于登上了物理学的最高荣耀殿堂。 靠着这台深埋冰下的「冰立方」，人类第一次确认： 有高能中微子，从太阳系之外很远的地方飞来！ 更有意思的是，两年前，诺贝尔物理学奖颁给了为机器学习打下地基的Hopfield和Hinton。 而这台冰下望远镜最亮眼的发现之一，我们银河系的中微子图像，正是靠机器学习从海量数据里挖出来的。 宇宙中「幽灵」：中微子 首先，我们必须先认识一下今天的主角——中微子。 诺奖官方插图：中微子沿直线飞来，穿进南极冰 它没有电荷，质量几乎为零，它几乎不与任何物质发生相互作用。被称为「宇宙幽灵」。此刻，有大约650亿个来自太阳的中微子，正穿过你的指甲盖。 为什么科学家一定要去寻找它？因为中微子是宇宙中最完美的「信使」。 它不同于光和宇宙射线，不受磁场影响，走的是绝对直线；同时它穿透力极强，不会被任何尘埃云或辐射阻挡。 哪怕是在宇宙深处超大质量黑洞的边缘，只要产生了高能中微子，它们就能直线飞越数亿光年，把原汁原味的宇宙极端事件信息，「快递」到地球。 如果人类能捕捉到这些高能中微子，就等于拥有了一双能够看穿宇宙的「透视眼」，让人类给宇宙做「CT扫描」。 宇宙射线被磁场带偏，伽马射线被尘埃挡住，中微子沿直线飞到地球 一个极其疯狂的想法——去南极凿冰！ 麻烦在于，它太难抓了。 绝大多数中微子会直接穿过探测器。如果中微子的数量足够大，且我们准备的靶子（探测介质）足够厚、足够多，总会有那么几个中微子，会「一头撞上」靶原子核。 想攒够这样的碰撞，探测器就得大得离谱。 当高能中微子在介质中发生剧烈碰撞时，会产生带电粒子（比如缪子）。 这些带电粒子在介质中穿行的速度，会超过光在该介质中的传播速度，从而产生一种类似于「音爆」的光学现象——切伦科夫辐射，发出幽幽蓝光。 只要我们在极暗的环境中，放置足够多、足够灵敏的光学传感器，抓拍到这些蓝光，就能反推出中微子飞来的方向。 起初，科学家想用海水做介质。但深海的生物发光（比如水母）和天然放射性物质，会产生大量噪音。 这时候，弗朗西斯·哈尔岑登场了。 今年82岁的Francis Halzen 1980年代，他在研究宇宙射线时，听到了一个消息：苏联科学家正计划在南极洲使用无线电接收器捕捉中微子信号。 哈尔岑脑子里突然闪过一个绝妙的灵感：为什么我们要去海里折腾？为什么不直接用南极的冰？ 南极冰盖有着得天独厚的优势： 足够大 ：有无尽的天然冰层，完全满足建造超级探测器的需求。 足够暗、足够纯 ：冰层深处是绝对的黑暗，没有发光生物，也没有复杂的海流干扰。 固态的绝对稳定 ：把传感器冻在冰里，它们将永远保持绝对静止，这对于精确计算粒子的轨迹至关重要。 1988年，哈尔岑和同事John G. Learned正式提出了在南极冰层下建造中微子天文台的构想。 起初，这个想法听起来就像是科幻小说。但哈尔岑四处游说，最终拉起了一支队伍，开始了人类历史上最硬核的「极地包工头」岁月。 一立方公里的「冰立方」与逆向灯泡 在南极造天文台，绝不是搭个帐篷那么简单。 1993年，哈尔岑团队在南极开始了初步尝试（AMANDA项目）。 最初他们遇到巨大的挫折：浅层冰里充满了气泡，光线根本传不出去。但他们没有放弃，冰川学家指出，挖得越深，巨大的压力就会把气泡挤压进冰的晶格中。 果不其然，当他们钻到1400米以下时，奇迹出现了——这里的冰层极其纯净、透明。中微子碰撞产生的蓝色闪光，可以毫无阻碍地穿透数百米的冰层！ 在国家科学基金会（NSF）的支持下，2004年，冰立方的建设正式启动。这是一项工程学上的奇迹。 工程师们使用高压热水钻，在南极极寒的冰原上，硬生生融化出了一口口深达两公里多的垂直深井。 每钻好一口井，他们必须争分夺秒，赶在井水重新冻结之前，将一根挂满*光学传感器的超长电缆沉入井底。 这样的电缆，他们一共放下了86根；电缆上挂着的球形传感器，多达5160个。 哈尔岑曾幽默地将这些传感器形容为「逆向运作的灯泡」——这些传感器是捕捉微弱的光子，并将其转化为电信号，传回地表。 这些线缆排列成一个巨大的六边形阵列，深度覆盖1450米到2450米的冰层。就这样，科学家们在南极冰盖内部，圈出了一整块体积达一立方公里、重达十亿吨的纯冰，这就是「冰立方」。 2011年，随着最后一根电缆就位，这个地球上最大的「望远镜」正式竣工。 南极点的冰立方实验室，冰下的信号都汇总到这里，再经卫星传出去 它不看星空，而是深埋地下；它不收集可见光，而是日夜监听着宇宙幽灵的足音。 冰立方示意图：中微子在冰里撞上原子核，闪出的光被一串串传感器记录下来 每天1亿个假信号里，挑出100个真的 造好望远镜只是开头，真正难的是从数据里把宇宙中微子认出来。 宇宙射线打进南极上空的大气层，每天有1亿多个粒子钻进冰里，被传感器记录下来。 大气里还会生成中微子，每年冰立方记录下来的中微子约有10万个，绝大多数都产自地球大气。 按理论预期，真正来自宇宙深处的，一年只有大约100个。 2013年，历史性的突破降临！ 2013年，团队在两年的数据里翻找能量更高的一类中微子，结果撞见了两个能量超过1PeV的事件，分别是1.04PeV和1.14PeV。这是人类首次确凿发现来自太阳系外的高能天体物理中微子。 这场持续了几十年的星际狩猎，终于有了结果。 顺着这两个事件调整分析方法，团队在同一批数据里找出了28个高能宇宙中微子。2014年，统计显著性达到5.7σ，纯大气来源的解释被排除。 2017年9月22日，冰立方抓到一个约290TeV的中微子，一分钟之内，警报就发往全世界。 全世界的望远镜立刻对准那个坐标，结果令人汗毛直立：那里有一个正在疯狂爆发的耀变体（TXS 0506+056）——一个中心拥有超大质量黑洞的活跃星系！ 这是人类第一次，将高能中微子与一个确切的宇宙源头联系在一起。 2022年，冰立方又从活跃星系NGC 1068方向找到了79个中微子。那里的超大质量黑洞裹在厚厚的气体和尘埃里，测到的伽马射线很弱，中微子却出来了。 2023年，冰立方第一次在中微子里看到了我们自己的银河系。 这次立功的是机器学习。冰立方在德国多特蒙德工业大学的合作者，开发了一套机器学习方法，专门挑出中微子撞击产生的「级联」事件，同时重建它的方向和能量。