诺奖颁给“冰立方”：看见大科学装置的意义

作者丨周城雄（中国科学院科技战略咨询研究院）

编辑丨洪晓文

近日，瑞典皇家科学院将2026年诺贝尔物理学奖授予比利时裔美国科学家弗朗西斯・哈尔岑（Francis Halzen，威斯康星大学麦迪逊分校教授），表彰他对冰立方中微子天文台的决定性贡献，以及发现来自天体源头的高能中微子的成就。这种被称为“幽灵粒子”的微小粒子，几乎不和普通物质发生相互作用，每秒数以百亿计地穿过人体，我们却毫无感知。哈尔岑用南极一立方公里的远古冰层，搭建起一台特殊宇宙望远镜，为人类打开了观测宇宙的全新通道。

图为2026年诺贝尔物理学奖获得者弗朗西斯·哈尔

哈尔岑主导建造的冰立方中微子天文台，位于南极冰盖之下1450米至2450米深处。科研人员用高压热水在冰层钻出深井，把86根线缆送入冰中，线缆上挂载5160个篮球大小的光探测传感器，整体覆盖1立方公里纯净冰层，相当于40万个标准游泳池。绝大多数中微子穿过冰层时不会留下任何痕迹，但极其罕见的情况下，高能中微子撞上冰里的原子核，会催生高速带电粒子。当带电粒子在冰中的运动速度超过光在冰介质中的传播速度时，就会产生切伦科夫辐射。这可以简单理解为粒子世界的“超音速冲击波”，类似飞机超音速飞行产生的音爆，只是释放的是光信号。冰层里的传感器捕捉到微光，科学家根据光到达不同传感器的时间差，反推出中微子的能量和飞来方向。

2013年，“冰立方”首次捕获银河系外的高能中微子；后续多年持续观测，确认这些粒子来自遥远的河外天体，正式开创了中微子天文学。在此之前，人类观测宇宙基本依靠电磁波，包括可见光、X射线、无线电波等；中微子天文学相当于为人类装上了观测宇宙的“第三只眼”，让我们能够直接观测到黑洞内部及星系爆发过程中的物理现象。

回溯诺奖历史，中微子研究五次登上诺奖舞台，一步步揭开“幽灵粒子”的面纱。1988年诺贝尔物理学奖授予发现缪子中微子的科学家，他们证实中微子不止一种，打开了中微子家族研究的大门。1995年获奖者因首次在实验上直接探测到中微子而获奖，证明这个只存在于理论预言的粒子真实存在。2002年的奖项由两位科学家共享。来自美国的戴维斯在地下探测器中捕捉来自太阳的中微子，却发现探测数量远少于理论预期，这就是著名的太阳中微子失踪之谜；日本科学家小柴昌俊的神冈探测器，首次捕捉到超新星爆发释放的中微子，实现了用中微子观测恒星死亡。

2015年诺奖两位获奖者则分别利用超级神冈探测器观测大气中微子振荡，以及通过萨德伯里中微子观测站解开了太阳中微子失踪之谜。两项实验共同证实中微子可以发生类型转换，也就是中微子振荡，直接证明中微子具有质量，颠覆了粒子物理标准模型。到2026年哈尔岑获奖，研究重心从“探测中微子本身”转向利用高能中微子观测遥远宇宙，标志着中微子研究完成了从基础粒子验证到全新天文观测手段的跨越。一条清晰的科研脉络就此成型：证实存在→发现多种类别→确认类型转换、拥有质量→用作信使观测宇宙。

这些年来，中国在这一领域也已从跟跑走向并跑，甚至在部分方向具备领跑实力。2003年，中国科学院高能物理研究所王贻芳院士提出利用大亚湾核反应堆群测量中微子混合角θ13的方案。2012年，大亚湾实验发现新的中微子振荡模式，入选《科学》杂志年度十大科学突破，并长期保持θ13测量的世界最高精度。大亚湾实验于2020年完成使命退役，其技术积累和人才队伍直接支撑了江门中微子实验。

江门中微子实验位于广东江门地下700米深处，是全球瞄准中微子质量顺序目标的新一代超大规模反应堆中微子实验装置。2025年8月正式运行后，仅用59天有效数据就把两个关键振荡参数的测量精度较此前提升1.6倍，成果以封面文章发表于《自然》。2026年6月，在国际中微子大会上，合作组公布基于207天数据的分析结果，给出中微子质量顺序偏向于正序的迹象，统计显著性达2.3倍标准偏差，代表当前全球质量顺序测量的最高实验灵敏度。这意味着，中国科学家正在向中微子质量顺序这一核心谜题发起冲击。

更值得重视的是，江门中微子实验不仅是物理装置，也是工程与产业链协同的成果。团队打破了20英寸光电倍增管的技术垄断，研制出具有自主知识产权的高效率光电倍增管；建成世界最大有机玻璃球、超高透明度液体闪烁体和极低本底探测系统，相关中心探测器项目还入选2026年世界结构大奖短名单。这些突破表明，基础科学前沿装置能够带动高端制造、精密探测和材料技术发展。在高能中微子天文方向，中国同样加紧布局：上海交大牵头的“海铃计划”已安装首串样机，设计灵敏度有望超越“冰立方”一个数量级，目标是2035年前建成地球上首个近赤道中微子望远镜；中科院高能所推进的“海星计划”也在同步展开。

哈尔岑以三十余年坚守把一条技术路线走通，其价值正在于证明大科学装置与长周期攻关的意义。中微子探测从当年吨级起步，如今“冰立方”已是百万吨级，这样的投入既靠国家主导，也依赖强大的工业体系支撑。2026年诺奖，既是对高能中微子天文学的肯定，也为中国中微子领域的后续研究提供参照。未来，随着江门实验持续积累数据、海铃等水下探测器建成运行，中国有望在中微子质量顺序、高能宇宙中微子观测等方向，持续产出世界级原创成果，在探索宇宙底层规律的征程上持续贡献中国方案。

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出品丨21财经客户端 21世纪经济报道

编辑丨金珊