每秒万亿个穿过你的身体，诺奖为何垂青这个“幽灵粒子”

来源：科技日报

科技日报记者 陆成宽

大家好，我是科技日报热词君。

浩瀚宇宙中，有一种粒子，每秒钟都有万亿个穿过你的身体，你却浑然不觉。它们来去无踪，能轻易穿透地球，宛如幽灵一般。

10月6日，2026年诺贝尔物理学奖揭晓，这个“幽灵粒子”再次成为焦点。美国科学家弗朗西斯·哈尔岑一个人拿走了1200万瑞典克朗奖金，凭的就是他在冰立方中微子天文台里的关键贡献，以及发现了来自天体物理过程的高能中微子。

诺奖为啥垂青这个“看不见”的粒子？它究竟藏着多少秘密？今天，咱们就来聊聊这位宇宙“隐形信使”——中微子。

每秒650亿个，穿过你的指甲盖

中微子是什么？它是组成宇宙的基本粒子之一，不带电，质量极小，几乎不与物质发生反应。

太阳每时每刻都在产生海量中微子。它们几乎无处不在，每一秒大约有650亿个太阳中微子穿过你的指甲盖，就像风穿过纱窗，不留任何痕迹。

中微子有三副面孔：电子中微子、缪中微子和陶中微子。更神奇的是，它们在飞行中会“变脸”，从一种类型可以变成另一种类型，这叫中微子振荡。

这事曾让物理学界头疼几十年。按太阳内部核聚变理论，电子中微子本该很多，但实际探测到的只有理论预言的三分之一，这就是“太阳中微子失踪之谜”。

后来科学家发现，不是电子中微子丢了，而是它们在来地球的路上变成了其他类型。

“变脸”背后，藏着一个大秘密

中微子振荡听起来有点魔幻，但它有个硬性前提：中微子得能“变脸”，而“变脸”要求它们背后的质量不能全一样。换句话说，中微子必须有质量，而且至少得有两种不一样的质量。

问题来了。粒子物理的最小标准模型，直接把中微子当成无质量粒子。可实验明明测到了振荡，这说明标准模型还不够用，得给它补一块新拼图。

这块新拼图要回答的是：标准模型说中微子质量为零，实验却说不是零，那么这个非零质量到底从哪来？更进一步，它还要解释：最重中微子的质量都不到电子质量的百万分之一，为什么中微子轻得离谱。

正因如此，全球物理学家都在盯着中微子，它可能成为通往新物理的那把钥匙。

抓它，就得“守株待兔”

中微子只参与弱相互作用，与原子核发生反应的概率低得离谱。要抓住它，没有捷径，只能把探测器做得足够大、运行得足够久，用规模和时间，去等一次极其偶然的碰撞。这思路，说白了就是现代版的“守株待兔”。

冰立方中微子天文台就是这么干的。它把南极一立方公里的冰变成探测器，冰下埋着5160个光传感器，最深的达到2450米。

当年，哈尔岑提出这个构想时，同事觉得他疯了，没人知道1立方公里够不够大。但哈尔岑坚持下来，用高压热水在冰下融出86个深孔，把传感器一串一串放进去。他形容这些传感器是“反向灯泡”：灯泡把电变成光，它们把光变成电信号。

原理很优雅：中微子如果撞上冰中的原子核，会产生高速带电粒子，在冰里发出一道淡蓝色的切伦科夫光。传感器捕捉这道蓝光，科学家就能反推中微子的方向和能量。

2013年，冰立方首次获得天体物理中微子证据。2017年，它成功定位到一个可能的宇宙源，人类第一次用中微子“看”清了宇宙加速器。

中国正在织一张中微子探测网

如果说冰立方是“宇宙望远镜”，那么我国广东的江门中微子实验（JUNO）就是一台“精密秤”。

它位于地下700米，用2万吨液体闪烁体和数万只光电倍增管，主要测定中微子质量顺序。说白了，就是搞清楚三种中微子谁轻谁重。

2025年运行后，JUNO只用59天数据，就把两个振荡参数的精度，相较过去数十年的国际结果，提高了1.6倍；到2026年6月，它进一步报告质量顺序更倾向于正序。

但中国的布局不止于此。冰立方是上一代中微子望远镜，下一代正在更广阔的水域中铺开。

中国科学院高能物理研究所牵头的中俄联合项目“高能水下中微子望远镜”，今年已在贝加尔湖完成样串投放，预研项目“海星计划”也在我国海域完成首次海试，瞄准的是30立方公里级的下一代阵列。

另一条路线也在推进。上海交通大学牵头建设的海铃计划，把探测器阵列沉入南海3500米深的海底，海水比南极冰层更均匀，阵列可以布得更密，锁定中微子源头时角度更准。一期建成后，它将成为首个临近赤道的中微子望远镜。

从测量中微子质量顺序，到捕捉宇宙深处的信使，中国科学家正在全球中微子研究版图上写下自己的坐标。

中微子还能干什么

中微子不只是天文信使。

核反应堆运行时会产生中微子，监测它们，可以远程判断反应堆状态，助力核不扩散；地球内部放射性衰变也会产生中微子，研究“地球中微子”，能帮我们了解地热到底从哪来；超新星爆发时，中微子甚至可能比光更早抵达，提前发出宇宙“爆炸预警”。

更深层的问题是：中微子为什么这么轻？它是自己的反粒子吗？它有没有打破物质和反物质对称？这些答案，可能解释宇宙为什么由物质构成，而不是一片虚空。

中微子很轻，轻到几乎不存在；中微子又很重，重到每一次发现都在改写物理学。从南极冰层到南海深处，再到贝加尔湖，人类正在把中微子望远镜建到地球各个角落。围绕这个“幽灵粒子”，新世界的大门正在打开。