从南极冰层“幽灵粒子”到分子“左右手” 专访顶尖科学家
杭州网  发布时间:2026-10-08 08:13   

2026诺奖,追问世界最深的秘密

两天之内,两个看似毫不相干的科学发现,先后登上诺贝尔奖的领奖台。

一个在南极冰层下1立方千米的“宇宙大网”里,等待一种每秒穿过你指甲盖650亿个、却几乎从不留下痕迹的“幽灵粒子”。一个在实验室的烧杯里,追问为什么地球上的生命,只选择了“左手”的氨基酸和“右手”的糖。

中微子天文学和不对称有机合成——2026年的诺贝尔物理学奖和化学奖,一个望向宇宙最深处,一个回望生命起源的最起点。它们共同的答案是:人类对世界的好奇,从未停止。

2026诺贝尔物理学奖:

小小中微子,为什么让人类执着地追寻近一个世纪?

南极,冰层之下1450米到2450米。

5160个篮球大小的光传感器,挂在86根长缆上,深深埋在1立方千米的纯净冰层里。

它们已经在那里等了很久。等一种几乎从不与任何物质发生反应的“幽灵粒子”——中微子,穿过地球,穿过冰层,偶尔撞上一次原子核,发出一闪即逝的微弱蓝光。

10月6日,瑞典皇家科学院宣布,将诺贝尔物理学奖授予弗朗西斯·哈尔岑,表彰他对冰立方中微子天文台的决定性贡献,以及发现具有天体物理起源的高能中微子。

他将独享1200万瑞典克朗奖金。这也是自1992年以来,物理学奖首次授予单一获奖者。

每秒数万亿个穿过你,你却毫无感觉

中微子,被称为“宇宙中最害羞的粒子”。

它不带电,几乎不与任何物质发生相互作用。

中国科学院大学杭州高等研究院基础物理与数学科学学院执行院长、首席教授耿朝强给了一个更具体的数字:“指甲盖够小了吧,大约一平方厘米,但每秒有650亿个中微子穿越它。”

耿朝强教授主攻理论粒子物理、引力和宇宙学,他告诉“i问科学”,这已经是诺贝尔物理学奖第五次与中微子研究结缘了。放眼整个诺奖历史,还没有哪个学科分支能如此高频地获得这份殊荣。

“小小”的中微子为什么能让人类如此执着地追寻近一个世纪?

答案藏在它的“隐匿”与“丰饶”之间。

它是构成物质世界最基本的粒子之一,不带电、质量极轻,几乎不与任何物质发生相互作用。每秒钟,有数万亿个中微子穿过你的身体,而你毫无感觉。它们可以轻易穿透地球,如同光线穿过空气。

但也正因为这种“不合群”的特性,中微子成为了宇宙深处最理想的信使。超新星爆发、黑洞撕裂恒星、活动星系核喷流……这些极端天体事件产生的高能中微子,可以横穿数十亿光年的星际空间直奔地球,途中不减速、不转向、不被尘埃遮挡。它们携带着宇宙最深处、最剧烈事件的原始信息,是人类依靠望远镜和电磁波永远无法获取的宇宙秘密。

问题在于:如何捕捉这些几乎不跟任何东西打交道的粒子?

答案听起来有些疯狂:把一台望远镜埋到南极冰盖底下。

为什么把天文台建在南极冰层里?

1988年,哈尔岑和同行在波兰的一次会议上首次提出:利用南极冰层建设中微子天文台。

这个想法在当时近乎疯狂。但哈尔岑看中了南极冰层的几个天然优势:清澈、黑暗、巨大、稳定。

中微子太难抓了。100亿个中微子穿过地球,可能只有一个会被截住。要捕捉那极其罕见的“一次碰撞”,探测器的体积必须足够大。而人工建造一个1立方千米的探测器,成本高到无法想象。

南极冰层,就是一座大自然已经建好的探测器。

当中微子撞上冰层中的原子核,会产生带电粒子。这些粒子在冰中高速穿行时,会发出微弱的蓝光——切伦科夫辐射。埋在冰层中的光传感器,就是用来捕捉这些转瞬即逝的蓝光的。哈尔岑把这些传感器比作“反向灯泡”:灯泡把电变成光,它们把光变成电信号。

它像信使,告诉我们宇宙正在发生什么

仪器建好了,但“寄信人”会不会真的存在?

2013年,答案来了。

研究团队报告了两个能量极高的中微子事件,获得了具有天体物理起源的高能中微子的首批证据。此后,团队又确认了更多来自太阳系之外的高能中微子。

诺贝尔物理学委员会主席皮尔斯评价说:“哈尔岑带领一支国际科研和工程团队设计和建造了这一重要观测设施,他的坚韧和科学远见为一种新的天文学铺平了道路。 ”

华中师范大学物理科学与技术学院二级教授、华中科技大学天文系主任郑小平也在关注这次的诺奖。他认为这次诺贝尔奖有三个方面的意义:第一,创新了一种测量宇宙线的新方法;第二,对粒子物理标准模型具有重要意义;第三,揭示了宇宙中存在超高能加速器。“测到超高能中微子,就意味着有带电粒子被加速到超高能状态,但我们还不知道它的起源和机制到底是什么。”

科幻作家刘慈欣在《三体》中曾赋予中微子一个极具想象力的设定:中微子可以作为“信使”,穿透一切障碍传递信息,让人类得以窥见宇宙深处正在发生什么。这一设想与中微子天文学的核心逻辑不谋而合。

耿朝强说,中微子看似深奥,其实它对理解物质起源、生命起源都具有深远意义。当有一天太阳不再发光发热,光学望远镜看不出任何变化,但如果中微子探测发现太阳中微子流中断了,那意味着太阳核心出了问题——“人类还有至少一万年可以逃离太阳系。”

冰立方的成功还催生了下一代更大规模中微子天文台的规划。在中国,由中科院高能物理研究所主导的江门中微子实验(JUNO)已于2025年正式运行取数;上海交通大学团队发起的“海铃计划”,则计划在南海深海建设中微子望远镜,目标是比冰立方提升10倍的能力。

有趣的是,作为项目领导者,哈尔岑本人却从未去过南极。这位理论物理学家出身的科学家,从办公室的图纸和计算出发,带领一支来自10余个国家的数百人团队,在南极冰原上完成了一项看似不可能的工程。

得知获奖后,哈尔岑说的第一句话是:“这是一场不能保证成功的冒险,而我们运气不错。”

(原标题:从南极冰层“幽灵粒子”到分子“左右手” 专访顶尖科学家)
来源:都市快报  作者:记者 黄盈 翁丹妮 韩晓娟  编辑:高婷婷
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