用南极的冰来追踪高能中微子，今年诺贝尔物理学奖授予了弗朗西斯·哈尔岑

在之前的生理学或医学奖颁出后，北京时间 10 月 6 日下午 5 点 45 分，今年诺贝尔物理学奖由瑞典皇家科学院正式揭晓。

虽然此前有一些预测指向了华人科学家，但最终这个奖授予了弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen），表彰他对冰立方中微子观测站的决定性贡献，以及对天体物理起源的高能中微子的发现（for decisive contributions to the IceCube Neutrino Observatory and the discovery of high-energy neutrinos of astrophysical origin）。

现年 82 岁的弗朗西斯·哈尔岑 1944 年 3 月 23 日生于比利时，目前他是威斯康星大学麦迪逊分校的教授。他被认为是现代天体粒子物理学的重要奠基人之一，是利用高能中微子探索宇宙的代表人物。

这次让他获奖的成就就是关于捕捉宇宙中的高能中微子。在此之前宇宙射线的发现已有一个多世纪，但它们从哪里来至今仍是高能天体物理学需要回答的问题。抵达地球的宇宙射线中有大量带电粒子，它们在漫长的传播中会受磁场影响而方向偏离，因此即便测得粒子有高能量，科学家也很难按它抵达地球时的轨迹去反向确定最初产生并加速它的天体。

而中微子为追踪这些高能宇宙活动提供了另一条路径。这种基本粒子不带电，传播过程中基本不会受磁场干扰，也极少与其它物质发生相互作用，被认为是极佳的“宇宙信使”，但也因此很难被探测，被称为“幽灵粒子”。如果能探测到来自太阳系之外的高能中微子，它的运动方向便能为寻找源头提供重要依据。

弗朗西斯·哈尔岑在 1988 年首次提出利用南极冰层来探测中微子的构想（主要利用的是南极地区地质稳定，没有地震，不受各种干扰），要让极少数中微子与冰中水分子的原子核发生相互作用时产生的微弱光线被传感器捕捉，从而让科学家可以由此反推出中微子的能量和来源方向。

随后弗朗西斯·哈尔岑在南极点领导建设了冰立方中微子观测站。项目在地下约 1.5 - 2.5 公里深的冰层中布置了超过 5000 个光学探测模块，最终把约 1 立方公里的南极冰层变成了一台巨型的中微子望远镜。

观测站在 2011 年基本建成，很快研究人员就开始发现首批无法由地球大气过程充分解释的高能中微子，并首次建立了它们起源于太阳系之外的确切证据。人类开始拥有了利用高能中微子系统观察宇宙的能力，并可以持续地将一些中微子与具体的遥远天体联系起来。

相关工作至今也在持续进行，这让中微子从粒子物理学的研究对象成为了研究高能宇宙现象的观测手段，弗朗西斯·哈尔岑的贡献改变了科学家获取宇宙信息的方式，而未来或许还有更多未知的宇宙现象将在这个方向上被认识和揭示。