2026年诺贝尔物理学奖解读：科学家如何读懂宇宙来信

南极深冰之下，科学家们正在静候一封来自宇宙的“信件”。中微子被称为“宇宙中最害羞的粒子”，它通常不留下任何痕迹，但偶尔会与原子核发生碰撞并发出微光，这些微光被埋设在冰层中的探测器捕捉到，于是我们便读到了“宇宙来信”。

为了接收这类“来信”，2026年诺贝尔物理学奖得主弗朗西斯·哈尔岑及其团队将南极1立方千米的深冰改造成了一个独特的“邮箱”——冰立方中微子天文台。

每秒钟大约有650亿个来自太阳的中微子穿过你的小指甲，你毫无感觉，科学家也极难探测。除此之外，还有一些中微子可能来自遥远的宇宙，它们的能量远高于太阳中微子，但数量要稀少得多，或许携带着它们诞生之地的信息。寻找这些中微子，是为了探究宇宙中某些粒子如何获得远超地面加速器所能提供的能量，以及天然粒子加速器的运作机制。

直接追踪这些粒子并不容易，因为不少带电粒子会被磁场偏转方向，到达地球时已很难辨别其来源。中微子则提供了另一条路径——这种不带电的“信使”不会被磁场偏转，也极少被物质阻挡，因此有机会从光无法穿透的区域传递出信息。诺贝尔物理学委员会主席马克·皮尔斯对此解释说，这意味着观测宇宙并非只能依赖光，也可以借助中微子所携带的信息。

1988年，在波兰召开的一次会议上，哈尔岑与同行首次提出利用南极冰层建设中微子天文台的设想，目标是凭借足够大的探测体积来捕捉极少数中微子与原子核相互作用后产生的信号。哈尔岑回忆道，这是一场无法保证成功的冒险。

中微子本身并不发光，但当它偶然撞上冰中的原子核时，可能产生一些带电粒子，这些粒子在冰中以高速运动时会发出微弱的光。要捕捉这种微光，就必须在冰层中布设光传感器。研究人员向冰川学家取经，用高压热水在冰层中融出深孔，再将串有光传感器的长缆缓慢放入。前期实验逐步验证了这条路径的可行性，在此基础上建成的冰立方中微子天文台于2011年达到完整规模：5160个光传感器分布在86条长缆上，主阵列位于冰面下1450米至2450米之间，覆盖约1立方千米的冰体。

仪器建成之后，还需要对信号进行甄别。宇宙射线同样会在大气层中产生中微子，若要寻找来自遥远宇宙的中微子，科学家必须对探测到的事件加以筛选，分析粒子的能量、方向等特征，判断数据是否超出了大气背景所能解释的范畴。2013年，研究团队报告了两个能量极高的中微子事件，这是首批具有天体物理起源的高能中微子证据。此后又识别出更多高能事件，并确认了来自地球大气层之外的高能中微子。

虽然这些宇宙“来信”的具体来源仍有待追踪，但中微子探测的边界已经被拓宽。人类此前已探测到来自太阳和超新星的中微子，冰立方则将探测拓展到更高能量范围，使中微子天文学提升到了一个新层次。诺贝尔物理学委员会委员埃娃·奥尔松指出，冰立方探测到的高能中微子带来了遥远宇宙事件的信息，有助于人类更深入地认识自身所处的世界。这不仅仅是深奥的科学，很多时候这类科学成就最终都会产生实际应用。

透过中微子天文学这扇新窗口，我们究竟能了解宇宙的哪些事情？哈尔岑的回答出人意料：“真正令人兴奋的是，我还无法回答这个问题。”从最初的设想到冰中的微光，数十年的坚持并未为所有疑问画上句号，南极深冰中的传感器仍在持续记录，那些遥远的“寄信人”尚未显露身份。但一些过去无从追问的问题，如今已经有了寻找答案的可能。对于宇宙的这种“来信”，我们正在阅读。