2026 年諾貝爾物理學獎：把南極的冰變成一臺中微子天文臺

用南極的冰當探測器

10 月 6 日，瑞典皇家科學院宣佈，把 2026 年諾貝爾物理學獎授予 Francis Halzen（美國威斯康辛大學麥迪遜分校），表彰他「對冰立方中微子天文臺的決定性貢獻，以及發現來自天體物理的高能中微子」。獎金 1200 萬瑞典克朗，由他一人獨得。

中微子是什麼？它們是宇宙中最豐富的粒子之一：太陽內部的核反應、超新星爆發、地球大氣中宇宙線引發的級聯，都在源源不斷地產生它們；它們無處不在，卻幾乎不顯形——可以穿過整個地球、穿過我們的身體而不被察覺。原因在於它們幾乎只參與弱相互作用，很難與物質發生碰撞。只有在極少數情況下，一箇中微子會與原子核發生作用，這才給了「有合適裝置的人」發現它的機會，而這樣的機會需要用極大的探測器體積去堆積。當這樣的碰撞發生時，會產生一束光，而光可以被埋在清澈冰川中的感測器記錄下來。

Halzen 的構想是：用南極的冰來追蹤中微子。這項構想他在 1988 年首次提出。南極冰層的優勢很實際——冰體清澈，深層的冰更是黑暗而安靜，遠離其他宇宙線訊號的干擾；那片區域地質穩定、沒有地震，探測器可以在同一位置長期執行。這個想法很快得到了其他研究者的支援；幾年之後，團隊就在冰中做了感測器的初步測試。

為什麼需要一立方公里？極高能的宇宙中微子非常稀少，要觀測到足夠多的碰撞，就需要極其巨大的冰體積。冰立方覆蓋整整一立方公里，2011 年建成。建成後不久，研究者就發現了第一批高能中微子。

為什麼中微子是天文學的信使

科學家早就知道，宇宙中存在著天然的粒子加速器，能把粒子加速到比地球上實驗室高出百萬倍的能量。但關於這些源，謎團很多：它們是什麼？位於哪裡？內部的主要過程是什麼？這些問題在傳統觀測手段下長期難以回答。

極高能中微子是在與其他粒子相同的環境裡產生的，而產生它們的帶電母粒子會被宇宙磁場偏折，方向資訊在旅途中就被抹掉了。中微子不帶電、幾乎不與物質作用，到達我們這裡時既不會改變方向，也不會損失能量——這意味著它們能提供任何其他方式都拿不到的資訊，直接指向加速源的方向。這是把中微子當成「信使」的全部理由。

這條路徑已經產出了結果：冰立方建成後不久，研究者發現了第一批高能中微子；幾年之後，他們發表了「必定來自太陽系之外」的中微子發現。尋找宇宙中微子源的工作，從此正式開始。

諾貝爾物理學委員會主席 Mark Pearce 的評價是：「Francis Halzen 領導了一支由研究人員和工程師組成的國際團隊，為我們提供了一臺絕妙的儀器。他的堅韌與科學遠見，為一種新型天文學鋪平了道路。」

一臺儀器，也是一門新天文學

冰立方本質上是一臺儀器：一立方公里的冰，加上在其中排布的光感測器陣列。它的建成依賴一支國際團隊的研究人員與工程師。Halzen 的履歷很簡單：1944 年生於比利時蒂嫩，1969 年獲魯汶大學博士學位，現為威斯康辛大學麥迪遜分校教授。

它怎麼「看」？中微子在冰中與原子核作用產生的帶電粒子會在冰裡留下切倫科夫光；感測器陣列記錄光到達的時間與位置，據此反推出事件的方向與能量。探測器的體積之所以關鍵，是因為中微子的碰撞機率極低——體積越大，能攔下的訊號才越多。這讓冰立方同時是天文學儀器與粒子物理儀器——它給出的不是望遠鏡裡的影像，而是逐次累積的相互作用事件。

這項工作沒有終點。按官方表述，冰立方持續收集的中微子相互作用，將繼續為研究者提供關於「能產生高能中微子的劇烈環境」的新知識，甚至可能揭示此前未知的宇宙現象。換句話說，諾貝爾獎表彰的是一臺仍在執行、仍在產出資料的裝置。

2026 年自然科學獎的三張面孔

2026 年共頒出六個獎項、10 位獲獎者，官方對全部獲獎工作的概括是，從光遺傳學到促進和平與國際法的努力。三項自然科學獎相繼公佈：生理學或醫學獎授予 Karl Deisseroth、Peter Hegemann 與 Georg Nagel，表彰他們「關於光門控離子通道與光遺傳學的發現」；物理學獎授予本文所述的 Francis Halzen；化學獎授予 Henri B. Kagan 與 Kenso Soai，表彰他們「關於不對稱有機合成中的非線性效應與自催化的發現」。

把這三項放在一起看，它們共同指向同一件事：先把觀測與操縱的手段造出來，新問題自己會浮現。光遺傳學讓神經元的活動可以被光開關；冰立方把一立方公里的冰變成粒子探測器；化學獎表彰的兩類基礎現象，則是在分子層面上讓原本難以把握的反應過程變得可測、可控。這也是基礎研究最常見的產出形態——不是一句結論，而是一件別人也能用的工具。

回到冰立方：從 1988 年提出構想到 2011 年建成，再到十幾年後獲獎，這條時間線衡量的不是靈感，而是「把一個念頭變成一臺能持續產出科學結果的儀器」所需的工程耐力與組織能力——把感測器埋進南極冰層、再讓它按年為單位穩定執行，本身就是一門大工程。獎項表彰的是 Halzen 的決定性貢獻，而把這臺儀器真正建起來的，是一支國際團隊——這一點，也是當代大科學最常見的形狀。