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瑞典皇家科学院6日(周二)晚宣布,将2026年诺贝尔物理学奖授予物理学家弗朗西斯·哈尔岑(Francis Halzen),表彰他对冰立方中微子天文台(IceCube Neutrino Observatory)的决定性贡献,以及发现源自天体的高能中微子。
与近年来常由两到三名科学家分享不同,今年82岁的哈尔岑,一人独享诺贝尔物理学奖及1,200万瑞典克朗奖金。这是1992年以来再次出现物理奖一人独得。
「弗朗西斯·哈尔岑带领了一支国际研究团队和工程师队伍,为我们提供了一台了不起的仪器。」诺贝尔物理学委员会主席马克·皮尔斯说。
哈尔岑出生于比利时,目前任职于美国威斯康辛大学麦迪逊分校。拼多多创始人黄峥曾在该校获计算机科学硕士学位。
委员会电话通知哈尔岑时,他正在意大利,他的第一反应是:「这让我非常惊讶,我完全没料到。」
他在诺奖发布会现场连接时说,以前有人预测过他可能获得诺奖,但真正公布时仍让他觉得奇怪。他还说他正在准备一份项目申请,希望获奖有助于获批,引起现场一阵笑声。
中微子被称为「幽灵粒子」,几乎不与物质发生相互作用,但每时每刻都有大量中微子穿过人体和地球,人类很难察觉它们的存在,也极难捕获。
哈尔岑最重要的贡献,是推动科学家把南极地下约一立方公里的天然冰层变成了一台巨型「中微子望远镜」,最终用它证明,来自遥远宇宙的高能中微子能被人类捕捉。
南极的冰有许多优势:不受各种干扰,地质稳定,没有地震。
哈尔岑从上世纪80年代开始研究利用天然冰层建造中微子望远镜的可能性,参与了IceCube前身AMANDA实验。1991年,哈尔岑等研究人员在《自然》发表实验结果,证明在冰层中利用光学传感器探测中微子在技术上具有可行性。
此后,研究团队正式提出在南极建造一个立方公里规模的中微子探测器,威斯康辛大学麦迪逊分校成为牵头单位,哈尔岑是首席研究员。
IceCube位于阿蒙森-斯科特南极点站,利用地下约一立方公里的天然冰层探测几乎无质量的中微子。这些高能「宇宙信使」为探测最剧烈天体物理源头提供消息,例如恒星爆发、伽马射线暴,以及涉及黑洞和中子星的灾变现象。
它的主体位于地下约1,450~2,450公尺,共有5,000多个数字光学模块(DOM),分布在86条垂直探测器串上。
IceCube并不是直接看到中微子。极少数中微子与冰中物质发生相互作用后,产生带电次级粒子;这些粒子在冰中的速度超过光在冰中的传播速度时,会产生切伦科夫光,再由光学模块捕捉, 根据这些光信号的到达时间、位置和强度等消息,重建中微子的方向和能量。
冰立方已发现首批高能天体物理中微子,确认两个星系为中微子源,并观测到来自银河系的中微子。
传统天文学主要依靠电磁波观察宇宙,从可见光扩展到射电、红外、X射线和伽马射线;此后引力波又为人类增加了一种新的宇宙信使。哈尔岑和IceCube的贡献,则是让高能中微子成为另一种观察宇宙的工具。