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超级天文台建在南极千米冰川下,“幽灵粒子”研究第五次诞生诺贝尔奖

市场资讯 10.06 20:58

(来源:现代快报)

10月6日,瑞典皇家科学院决定将2026年诺贝尔物理学奖授予弗朗西斯·哈尔岑,以表彰他对冰立方中微子天文台作出的决定性贡献,以及对天体物理来源高能中微子的发现。这是中微子研究领域第5次诞生诺贝尔物理学奖。

捕捉高能中微子,窥见远古宇宙的模样

弗朗西斯・哈尔岑出生于1944年,是比利时裔美国物理学家,任职于威斯康星大学麦迪逊分校。在新闻发布会现场,主办方与他电话连线,哈尔岑不断感慨“我们很幸运”,并向合作者致谢。

让哈尔岑获奖的冰立方中微子天文台位于南极洲,他在1988年提出一个大胆的构想——利用南极纯净冰川冰层捕捉宇宙中微子。中微子被科学界称为“幽灵粒子”,它是构成物质世界的基本粒子之一,不带电荷、质量极其微小,几乎不与物质发生相互作用。每秒钟就有千万亿个中微子穿过我们每个人的身体,它们可以径直穿透地球、穿透人体,却不留任何可感知痕迹,极难捕捉。

南极的厚达上千米的冰层,成为捕捉中微子的“显影放大器”,当中微子与一个原子核碰撞时,会产生一道闪光,布放在冰层中的光传感器便可记录信号,反推中微子的方向与能量。2011年冰立方全面竣工,科研团队很快就依靠该装置探测到来自太阳系外的高能中微子,正式开启高能中微子天文学时代。

诺贝尔物理学奖委员会主席马克・皮尔斯评价,哈尔岑带领国际科研与工程团队打造出这台划时代设备,他的坚韧与科学远见,开辟了全新的天文学研究范式。

现代快报记者梳理历史获奖名单发现,中微子是诺贝尔物理学奖的长期热门赛道,2026年是该领域第五次诞生诺奖,平均10年就能登上诺奖名单一次。为何诺奖对中微子研究“青眼有加”?这是因为高能中微子从遥远宇宙极端天体诞生后,沿直线穿越宇宙,能量不会衰减,能够携带其他信使粒子无法传递的原始信息。它如同来自宇宙深处的信使,帮助人类窥见黑洞、活动星系核等极端天体内部的物理过程,有望揭开宇宙线起源之谜,甚至帮助回答宇宙正反物质不对称等基础物理重大问题。

研究中微子,必须得有“大国重器”

中微子研究虽然是诞生诺奖的热门领域,但从事该领域研究,对大型科学装置的选址要求非常苛刻。就以哈尔岑主持的冰立方中微子天文台为例,它包含86根垂直埋入冰层2.5公里深的电缆,悬挂5160个光学传感器,覆盖1立方公里冰体,耗资2.79亿美元。南极冰川环境有其他地方难以企及的条件,这里没有人类活动,且地质情况稳定,天然屏蔽了各种干扰因素。

2015年获得诺奖的梶田隆章,是依靠日本的“超级神冈探测器”,发现中微子振荡现象。该装置位于岐阜县神冈町地下约1000米处的废弃矿井中,使用约5万吨超纯水作为探测介质。

如今,我国也具有中微子研究的较强实力。2025年,江门中微子实验室也投入运行。该实验室位于广东江门开平市地下 700 米深处。2026年6月,其研究成果以封面文章形式刊发于国际顶尖期刊《自然》。

回顾中微子研究的历史,从首次探测,到发现振荡、捕捉宇宙高能中微子,跨越数十年,该领域研究持续产出颠覆性成果。未来,“幽灵粒子”作为观测远古宇宙的窗口,还将持续拓展人类认知边界。

现代快报/现代+记者 是钟寅/文 郁琮淇/后期

(图片来源:诺贝尔奖官网)

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