北京时间10月6日，2026年诺贝尔物理学奖揭晓，弗朗西斯・哈尔岑（Francis Halzen）获奖，表彰他主导冰立方中微子天文台（IceCube）、发现天体物理起源的高能中微子。围绕这项开辟全新天文赛道的重大成果，记者邀请南京大学天文与空间科学学院柳若愚研究员进行科普解读。
弗朗西斯・哈尔岑（Francis Halzen）
冰立方：把南极冰川改造成巨型宇宙粒子探测器
中微子无处不在，却难以被察觉。它们穿过整个地球，也穿过我们的身体，人类完全感知不到；只有极其罕见的情况下，中微子才会和原子核发生相互作用，仪器才有机会捕捉信号。
1988年，哈尔岑首次提出在南极探测中微子的创新构想：当中微子与原子核碰撞会产生闪光，纯净南极冰层当中布设光传感器，就可以记录这一光信号。南极冰层具备得天独厚条件：电磁干扰少、地质稳定无地震。这一大胆设想很快获得学界支持，短短数年后，科研人员就开展冰层传感器原型测试。
极高能宇宙中微子出现概率极低，必须依靠超大体积探测介质。柳若愚说，这一工程挑战极大，要在南极极点钻透数千米冰层，将一串串探测器下放至冰下，要克服极地环境带来的重重技术难关，能够把这个大装置建成本身就是一件了不起的成就。
2011年，冰立方正式建成，上千只光传感器布放在冰下1450‑2450米，利用整整一立方公里冰川冰充当探测介质。设备建成后很快捕获首批高能中微子，后续分析证实部分粒子来自太阳系之外，高能中微子天文学就此诞生。
诺贝尔物理学委员会主席马克・皮尔斯表示：“弗朗西斯・哈尔岑领导了一支由研究人员和工程师组成的国际团队，为我们提供了一台卓越的观测仪器。他的坚韧与科学远见，为一种新的天文学研究方式铺平了道路。”
追寻宇宙深处的信使：为什么要捕捉高能宇宙中微子
为什么说哈尔岑开创了一种新的天文学研究方式？
柳若愚介绍，传统天文观测依靠可见光、X射线这类电磁波，但电磁波很容易被宇宙尘埃、致密天体物质遮挡，很难窥见黑洞喷流等极端天体的内核。
而高能中微子，诞生于宇宙最剧烈的天体活动当中。宇宙射线在天体内部完成加速后，和周围气体、光子发生碰撞，就会产生这类粒子。中微子拥有极强的穿透能力，可以不受阻碍飞出天体核心，跨越浩瀚宇宙抵达地球，能够提供普通望远镜获取不到的观测信息。
但想要捕捉它们并不容易。地球大气层本身就会产生大量高能中微子，构成很强的背景噪声。大气中微子的流量会随着能量升高快速衰减，只有在极高能区间，来自深空天体的信号才能够凸显出来，科研人员需要统计大量观测事例，才能把宇宙信号从噪声海洋里剥离。冰立方瞄准的正是TeV‑PeV（10¹²‑10¹⁵电子伏特）这个超高能区间。
提到中微子，很容易联想到我国大亚湾、江门中微子实验。柳若愚表示，两者同样是探测中微子，但科学目标并不一样。大亚湾、江门探测MeV量级、来自核反应堆的中微子，核心是研究中微子粒子本身的物理属性，同时可以捕捉银河系超新星爆发产生的中微子；冰立方则是利用来自宇宙深空的高能中微子开展天文观测，去探寻宇宙当中的极端天体。
冰立方于2013年首次捕捉到来自地外的高能中微子事例，但当时无法确定这些粒子对应的天体源头。经过多年的数据积累，研究团队找到了耀变体TXS 0506+056的关联信号，证据超过3倍标准偏差，距离粒子物理五西格玛的确证标准仍有距离。
“冰立方是开创性工作，打开了新窗口，但远没有把问题全部解决。” 柳若愚说。高能中微子对应的天体源、粒子超高能加速机制、宇宙射线起源等重大谜题，仅凭冰立方现有灵敏度还无法彻底破解。
破解更多宇宙难题，中国探测器已在布局
作为一项国际大科学装置，冰立方的贡献不只在于自身取得重大发现。在哈尔岑推动的国际合作框架下，IceCube合作组向全球公开处理后的数据集，世界各地科研人员都能基于这套数据开展独立分析，放大装置的科学价值。
柳若愚在研究中，就曾结合我国LHAASO拉索伽马射线观测数据，搭配冰立方中微子数据做多信使联合分析，研究银河系弥散高能辐射、宇宙线传播效应。
据了解，我国已经布局下一代高能中微子望远镜——HUNT项目，由高能所曹臻院士牵头，南京大学等全国多所高校深度参与预研。柳若愚介绍，未来有效探测体积可达冰立方的30倍，主攻100TeV以上更高能段，弥补冰立方能力短板。
柳若愚曾在国际学术会议上见到哈尔岑。在他看来，大科学装置的领军者，既要有前瞻的科学眼光，更离不开强大的组织协调能力，天文学本身就是一门高度依靠国际协作的学科。哈尔岑也曾到访中国香港参加拉索国际会议，同曹臻院士等国内学者开展学术交流，在中国高能天体领域为人熟知。
“当前领域最核心目标，就是锁定一批高能中微子的天体起源，破解粒子加速机制，去回答宇宙射线起源这个终极问题。”柳若愚表示，这也是国内包括南京大学在内科研团队重点攻关方向。来源：新华日报