探测“幽灵粒子” 中国科学家正在贝加尔湖布下比“冰立方”更大的网｜封面头条

封面新闻记者 张峥

36年坚守，再加上一点运气，2026年诺贝尔物理学奖颁给了82岁的比利时裔美国理论物理学家弗朗西斯•哈尔岑。这位粒子天体物理领域的领军人物，以绝佳的领导力，带领团队在南极点附近用热水钻出近百个深孔，把5160个光学传感器埋入冰面之下1450米至2450米深处。十几年来，国际上绝大多数高能中微子物理发现都来自这座名为“冰立方”（IceCube）的南极中微子天文台。

同样把目光投向“幽灵粒子”的，还有中国科学家们。自2023年起，在俄罗斯贝加尔湖近一米厚的冰面下，中国科研团队已陆续将三串700米长的探测器投放在1330米的湖底。与哈尔岑的科学目标一致，他们也在“用中微子作为探针探索宇宙的起源”。这项中俄合作、规划总规模达30立方公里的下一代中微子望远镜，被赋予了一个名字——Baikal-HUNT，中文也称“高能水下中微子望远镜”（HUNT）。10月9日，封面新闻记者在成都专访了Baikal-HUNT项目负责人、中国科学院高能物理研究所研究员陈明君。

陈明君（左）和Baikal-GVD发言人Zhan-Arys Dzhilkibaev教授，2026年2月，在HUNT样机投放现场。 陈明君供图

30立方公里 为什么要布这么大的网？

中微子被戏称为“幽灵粒子”，因为它几乎不与物质发生相互作用。它质量极小、不带电，每秒有数百亿个中微子穿透人体，却几乎不留下痕迹。正因如此，中微子又能直线穿越宇宙，不受磁场偏转和星际尘埃遮挡，携带着黑洞、耀变体、超新星等极端天体核心区域的原始信息。

“中微子极难被捕捉，需要海量体积的探测介质才能捕获足够多的事例。”陈明君说。要追溯中微子来自宇宙的哪个方向，30立方公里是一个合理的探测规模。

中微子探测始于二十世纪六七十年代。极纯净的冰下、水下，是探测高能中微子的理想环境。“上世纪，南极、贝加尔湖、地中海都曾被视为高能中微子探测的理想区域。如今，部分早期项目已停止，仍在运行或是建设的主要包括南极的冰立方、俄罗斯贝加尔湖的Baikal-GVD，以及地中海的KM3NeT实验。”

陈明君所在团队从建设高海拔宇宙线观测站“拉索”起步。作为拉索主要建设成员之一，他深知拉索的重大发现——银河系存在大量超高能光子源——并不能直接回答“这些光子源是否就是宇宙线源头”。要回答这个问题，必须捕捉伴随产生的中微子信号。

2025年12月，中国科学院高能物理研究所与俄罗斯科学院核研究所、杜布纳联合核研究所签署协议，推动在贝加尔湖建设下一代中微子天文装置。

-20℃的冰面作业 手动捆绑探测器

捕捉“幽灵粒子”并不像人们想象中那样，在实验室里端坐操作，而是要到极寒的冰面上工作。

贝加尔湖上的HUNT项目，工作人员用电锯在冰面上锯出2米见方的孔 陈明君供图

最近几年的2月至4月，陈明君团队都会前往贝加尔湖，每次约一个月，把探测器样机逐个绑在一千多米的钢索上，再逐个放入1330米深的湖水里。他向记者展示了团队在贝加尔湖拍摄的工作照：先用电锯在近一米厚的冰面上锯开约2米见方的孔，再用吊机把高度为700米长的探测器串缓缓放入水中。探测器单元像脸盆大小的玻璃球，每隔约30米被人工绑在缆绳上，“一串有24个”。

在贝加尔湖冰面上捆绑探测器 陈明君供图

浑身绑着电线的光电倍增管探测器，被放入1330米深的贝加尔湖，探测数据将在岸边进行分析 陈明君供图

“现有的方案，大概一天多点时间，3到4个人就能投放一串。”陈明君说。

今年2月，贝加尔湖北岸气温格外寒冷，达到零下25℃。从北京飞往伊尔库茨克，再驱车70多公里抵达营地，“那里暂时没有村镇，科研人员住上下铺，缺少蔬菜，只有零星的菜汤和酸黄瓜。”未来团队计划迁往南岸贝加尔斯克小镇，那里交通更便利，物资运输也更方便。

布设探测器 为什么选择冰下或深海？

与HUNT在结冰湖面打洞方式不同，冰立方采用热水钻探：用加热设备在南极冰面钻出直径约60厘米的孔，再将传感器串放入。

冰立方通过热水融冰的方式，在南极冰面上钻孔 图据冰立方官网

冰立方直径60厘米的孔 图据冰立方官网

“冰立方最初也曾把探测器放在较浅的冰层，但那里气泡太多，影响了光的传输距离，后来调整到1450米至2450米深度，才有效探测到光信号。”陈明君说，“所以科学发现除了坚持，也有一定运气。冰立方的孔打得太漂亮了，他们找到了合适的冰层。”

为什么要在冰下或深海环境布设探测器？陈明君解释，千米级深度可有效屏蔽宇宙线本底和太阳光；纯净的冰或水透明度高，中微子相互作用后的次级粒子产生的切伦科夫光可传播较长距离；环境黑暗稳定，适合长时间连续观测。冰立方选择南极冰层，是因为冰体纯净、介质单一；HUNT选择贝加尔湖，则因为湖水清澈、湖体够深，且冬季湖面结冰，相比深海和南极可显著降低现场安装难度和建设成本。

赞赏HUNT 哈尔岑高度关注中国成果

冰立方与中国科学家之间，并不只是“同一赛道上的同行”。拉索首席科学家、中国科学院院士曹臻与哈尔岑有着20多年的学术交往。

哈尔岑写的《夸克和轻子》是曹臻研究生时期学习粒子物理最主要的教科书之一。曹臻回忆，2024年10月初，他曾专程前往威斯康星大学拜访哈尔岑，深入讨论未来高能中微子望远镜的建设方案。

在曹臻看来，哈尔岑最突出的能力是敏锐把握重大科学方向并作出关键决策。从AMANDA到冰立方，他推动了两个阶段南极中微子望远镜的立项，并组织起庞大的国际合作团队，在极端环境中建成了宇宙线探索百年历史上投资规模最大的实验装置之一。

“冰立方发现了地外高能中微子，找到了探测地外中微子的有效途径，完成了‘探路者’的使命。”曹臻说。

哈尔岑也高度关注中国成果。2025年拉索发布宇宙线“膝”区研究成果时，哈尔岑参与点评，并称该成果“为理解银河系宇宙线起源带来了根本性的新认识”。

对中俄合作的Baikal-HUNT，哈尔岑同样给予高度赞赏和鼓励。

2023年8月，陈明君（左）和俄罗斯同事在贝加尔湖讨论工作。 陈明君供图

以中微子为探针 探索宇宙起源

冰立方IceCube于1987年提出构想，2000年AMANDA验证可行性，2011年建成，2013年首次发现高能天体中微子，历时25年。

按照规划，HUNT最终将建设30立方公里级探测器阵列，探测器单元总数约6万个。目前，仅在高能所参与的人员就已达35人，未来还将有更多科研人员加入，并进一步扩大国际合作。“我们计划在此基础上推动HUNT大科学装置正式立项，预计5年时间完成工程建设，科学运行15年以上。”陈明君告诉记者。

然而，既然中微子探测装置建设时间如此长，技术难度如此大，科学家们为什么还要坚守做下去？可能这正是基础科学研究价值所在——人类的好奇心总想破解一些未解的谜题。“2026年诺贝尔物理学奖授予哈尔岑，标志着中微子可以作为探索宇宙的探针，意味着进入‘多信使天文学’时代。这一奖项极大提升了中微子天文学的国际学术地位和公众关注度，将吸引更多人才和资金投入该领域。”

陈明君说，自己现在的精力已经百分之两百地投入到了HUNT的建设中，“中国在中微子领域已有良好基础，大亚湾、拉索等，应抓住窗口期加快HUNT立项工作，利用中国在深海工程、装备制造方面的优势，抢占中微子天文学战略制高点，有望在未来取得系列重大成果。”