【諾貝爾獎】他憑“幽靈粒子”獨享802萬元諾獎!該領域中國獲獎“未來可期”

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2026年諾貝爾物理學獎授予美國物理學家弗朗西斯·哈爾岑,以表彰其利用冰立方天文台發現高能中微子,開啟粒子天文學新時代。該成果使人類能透過不帶電的中微子反推宇宙線天體源。對此,中國專家認為此獎項肯定了技術路線的突破。目前中國已佈局低能與高能中微子探測,透過「海鈴計畫」等大科學裝置,目標在2035年前建成領先世界的望遠鏡。專家指出,中國憑藉強大的工業體系,在該領域獲獎僅是時間問題,並建議研究者應注重技術開發與耐心深耕。

10月6日,2026年諾貝爾物理學獎授予美國理論物理學家弗朗西斯·哈爾岑(Francis Halzen),以表彰他對冰立方(IceCube)中微子天文台的傑出貢獻,以及對源自天體的高能中微子的發現。

弗朗西斯·哈爾岑。圖片來源:Althea Dotzour/威斯康星大學麥迪遜分校

中微子又被稱為“幽靈粒子”。此次諾獎是繼1992年之後,時隔34年再次授予單一獲獎者,也是諾貝爾物理學獎史上“幽靈粒子”領域的第5個諾獎。據悉,2026年諾貝爾獎單項獎金為1200萬瑞典克朗,合人民幣802萬元(10月6日匯率)。

諾貝爾物理學委員會主席Mark Pearce表示,哈爾岑的堅韌與科學遠見“為一種全新的天文學鋪平了道路”。

冰立方是一個超高能宇宙線探測裝置,將光感測器布設在1立方公里的冰中。裝置建成於2011年,之後捕獲到了來自太陽系外的高能中微子,證實宇宙中存在遠比地球實驗室強大百萬倍的天然粒子加速器。


01 諾獎成果:走通技術路線,捉到宇宙超高能“幽靈粒子”

《中國科學報》:得知此次諾貝爾物理學獎頒獎結果,你是什麼感受?你如何看待這次獲獎的成果?

曹俊(中國科學院高能物理研究所研究員、所長):哈爾岑拿到諾獎,是意料之外,情理之中。他開創了一個新的領域——用超高能中微子來研究宇宙線,而且確實也找到超高能中微子,這是一個重大突破。但不足之處是,從科學問題上,冰立方並沒有解決宇宙線起源的根本問題。

超高能宇宙線起源是一個百年難題。它之所以“難”,是因為宇宙線帶電,宇宙空間有磁場,我們在地面上探測到宇宙線的時候,不知道它從那裡來,也無法解釋它是被什麼天體加速出來的,以及怎麼被加速的。

要解決宇宙線起源的難題,首先要定位,找到天體源,然後靠各路“信使”去研究這些源,找到答案。這些“信使”包括傳統的光學方法、X射線、伽馬光子、中微子等等。中微子不帶電,在宇宙空間瀰漫的磁場中不轉彎,看到超高能中微子,可以通過它來的方向反推回去,就知道它是從那個天體發出來的了。

2023年,冰立方首次把超高能中微子與一個天體源聯絡起來,達到了4.2倍標準偏差,實現重大突破。不過,這離解決宇宙線起源問題還有較大距離,中國高海拔宇宙線觀測站(“拉索”)通過另一種方法,即探測超高能伽瑪光子來倒推天體源的辦法,找到了多種起源天體,但應該還沒找全,還有其他起源。同時,加速機制方面也需要更完整的理論。

當然,諾獎並不是一定要等到把問題徹底解決了才能頒發。

李亮(上海交通大學物理與天文學院教授):我的第一反應是“爆冷”但不完全意外。粒子物理領域已經多年未獲諾貝爾物理學獎,所以在獎項揭曉前我就說粒子物理領域可能會成為今年諾獎的黑馬。略微出乎我意料的是該獎項授予了粒子物理與天文學的交叉領域——粒子天文學,而且僅授予一人。

哈爾岑早在20世紀80年代就提出了南極冰下中微子望遠鏡的構想——AMANDA,這是用中微子探測宇宙線起源的第一代探測器,冰立方是在它基礎上擴建升級的裝置。作為中微子天文方向的奠基者,由他獨享獎項,相比超環面儀器實驗(ATLAS)或者雷射干涉引力波天文台(LIGO)這類大型合作項目,爭議相對要小一些。哈爾岑本人的原創貢獻也十分清晰。

中微子是人類瞭解最少的基本粒子之一。1930年泡利提出中微子假說,時隔幾十年才被實驗探測到。這次諾獎,不是中微子研究的重複獲獎,也不是“中微子又贏了”,而是中微子天文學這一新範式獲得諾獎的正式承認,是諾獎在說“誰把人類原以為不可探測的東西,變成可實現的精確測量,誰就改寫了物理學”。粒子物理沒缺席,粒子天文等交叉學科方興未艾。

續本達(中國科學院大學物理學院副教授):早在10年前,冰立方就已經在圈內非常讓人震撼了,它是開啟多信使天文學的一個標誌性的事件。今天諾獎頒給冰立方,我認為是表彰它開啟了一個時代,它真正把整條技術路線走通了,起到了承前啟後的作用。


02 諾獎得主:“一位典型的歐洲紳士”

《中國科學報》:哈爾岑教授是一個怎樣的人?

何小剛(上海交通大學李政道研究所粒子物理部主任、李政道講席教授):我和哈爾岑相識於1986年的夏威夷。我當時在夏威夷大學讀研究生,他與我導師是長期的合作者,所以經常到訪夏威夷。第一印象沒什麼特別,只覺得這位老師非常友好,沒有一點架子,不管你想討論什麼事情,他都願意跟你討論。他當時是以理論物理學家的身份活躍在學術界。

和哈爾岑交往這麼多年,我感觸最深的是,他永遠把科學放在第一位。他看準了一個題目,就認認真真地做,不管有多艱難,都會慢慢在那裡鑽研。正如冰立方實驗,很多人不瞭解的是,當時夏威夷大學正在開展DUMAND深海中微子實驗,他常到夏威夷訪問,常與大家探討相關問題,也開始構思在冰裡探測中微子的問題,不幸DUMAND後來沒成功。儘管實驗失敗了,但是他非常篤信,認為高能中微子領域一定有我們還不理解、還沒有探測到過東西。

他考慮到南極去做實驗,但怎麼推進南極實驗,當時大家都不知道方向,他非常堅持,不斷髮掘這種實驗的潛力和可行的做法,後來得到美國國家科學基金會的支援,實驗才得以推進。

作為實驗的“第一推手”,他卻在每次作報告時總是清楚地講述團隊每個人的貢獻。在小範圍的交流中,他更是講得非常透徹。

生活中的他,是一位典型的歐洲紳士,穿著整整齊齊、非常得體,講話讓人非常舒服,不講排場。我比他年輕十幾二十歲,他把我當朋友對待。他對美食也很有講究,我們有時候聚餐,他選擇的食物很有特色。

他還非常認真嚴謹,一到開會的地方,他就認真準備報告和相關議題,工作就是工作。有一次我邀請他來中國作報告,從美國飛過來的當天,我邀請他晚上一起吃飯,他婉拒了,說“今天就算了,因為我還要準備報告”。他剛從美國飛過來,十幾個小時已經很累了,但他還是非常認真地準備報告。

他現在是上海交通大學李政道研究所的國際學術諮詢委員會委員,上次見面是2023年我們召開國際學術諮詢委員會會議時,他來了,當時他已經非常有名望了,但跟我們坐在一起,就像老朋友一樣。

徐東蓮(上海交通大學物理與天文學院副教授、李政道研究所長聘學者):我從2008年前往美國讀研究生,一直到2018年回國工作,在冰立方工作了大約十年。我的博士導師是冰立方標定系統負責人,早期我主要做探測器底層標定,加入後認識了團隊負責人哈爾岑。後來我到冰立方總部做博士後,直接與哈爾岑合作,我們共同指導過他的一位博士生。

哈爾岑教授是非常純粹的科學家,也很好玩,有極強的人格魅力,對年輕人永遠支援、鼓勵。我覺得他是高能物理領域這些大人物裡,為數不多的“紳士”類型。

大科學裝置往往由多國參與,會涉及到經費、科學課題、貢獻歸屬等問題,不同組有競爭、爭吵時,哈爾岑教授永遠把科學放第一位。這也是我從他身上學到最寶貴的一課——作為科學家,永遠“科學第一”。

同時,他不是一個嚴格、死板的人。冰立方每年召開兩次合作組會,一次在北美,另一次在歐洲。2018年是在瑞典開會,我在會上提出,希望作為獨立課題負責人,代表中國繼續參加冰立方。科學家們都很歡迎,合作組理事會全票通過了中國的加入申請,他們很歡迎純粹追求科學的年輕人。

李亮:他是中微子物理領域的元老級人物。早在上世紀 80 年代,他就提出了“在南極冰層內部布設粒子探測器尋找高能中微子”的大膽構想。說起來他就在我博士期間的母校工作,我 1999 年到美國威斯康星大學麥迪遜分校讀博士的時候,他正在該校任教。但是他大部分時間都駐守南極或者出差,在校園裡很難見到。我唯一的印象是他曾經給我們博士生宣講過第一代南極冰下中微子望遠鏡AMANDA,鼓動大家去南極做實驗。


03 研究前景:“中國在這一領域斬獲諾獎,只是時間問題”

《中國科學報》:中國在中微子研究和中微子天文研究上有什麼佈局?未來的研究前景如何?

李亮:中國中微子探測佈局包含低能中微子實驗與高能中微子天文兩條主線:低能中微子實驗方向,從大亞灣反應堆中微子實驗到江門中微子實驗一脈相承,大亞灣實驗成功測得中微子混合角θ₁₃,江門中微子實驗則瞄準中微子質量順序這一具備諾獎級重要性的核心科學問題;高能中微子天文方向是南海海鈴計畫(Trident)、高能水下中微子望遠鏡(HUNT)等,它們和冰立方原理相通,利用海水作為探測介質,採集中微子訊號,追溯高能中微子對應的天體源頭。

中國中微子領域的科研勢頭才剛剛迸發,一系列項目的背後是上海交通大學、中國科學院高能物理研究所和中山大學等多個團隊的持續攻堅。中國在這一領域斬獲諾獎,不是可能性問題,更多隻是時間問題。強大的工業體係為大科學裝置與基礎突破提供支撐,一批大科學裝置陸續落地運行,正在產出源源不斷的前沿成果。

曹臻(中國科學院高能物理研究所研究員、中國科學院院士):中微子領域5次獲得諾獎,足以證明中微子相關物理探索的重要性。諾獎官方的說法也是尚未確認中微子的源,更加深入的探索研究迫在眉睫,需要更靈敏的探測裝置來發現。

目前,中國“拉索”發現了大量存在的拍電子伏粒子源天體是最有可能的高能中微子源頭,據此,我們的測算表明,需要建設30倍於冰立方的巨型中微子探測裝置,才能認證這些天體確實是高能中微子的源頭,並揭示極端天體物理過程的深層次奧秘。因此,“拉索”團隊正在積極推動建設高能水下中微子望遠鏡。

陳明君(中國科學院高能物理研究所研究員):我們正在開展高能水下中微子望遠鏡的核心預研項目——“海星計畫”,含56個探測單元的10萬噸級小型樣機陣列。這是中國深海中微子探測項目,聚焦千米級深海探測技術攻關。目前,“海星計畫”已經在南海完成了兩次前期海試論證,現探測器製作檢測等準備工作已經結束,將擇機出海投放。

同時,中國科學院高能物理研究所和俄羅斯杜布納聯合核子研究所也達成協議,共同在貝加爾湖建設高能水下中微子望遠鏡,已經在貝加爾湖投放了3串千米長度的探測器開展相關預先研究。

徐東蓮:我擔任“海鈴計畫”的首席科學家。“海鈴計畫”是面向下一代的中微子望遠鏡,相關設計方案於2023年發表在《自然-天文學》,獲得了包括哈爾岑在內的國際專家認可。

今年國慶假期,我們在南海成功安裝了海鈴首串樣機,接入南海觀測網,現在一切運行正常。這表明我們國家海域既有適合建設中微子望遠鏡的區域,也完成了全鏈條核心技術攻關。我們計畫明年開始裝機,海鈴一期將建成地球上首個臨近赤道的中微子望遠鏡。我們希望能夠在2035年前完成,讓中國擁有靈敏度超越冰立方十倍、能夠引領世界的中微子望遠鏡。屆時,我們也將加入包括冰立方在內的全球中微子天文網路,開展聯合觀測。


04 諾獎啟示:得有自己的“獨門絕技”

《中國科學報》:今年的諾貝爾物理學獎對國內有那些啟發?

於偉強(中國人民大學物理學院教授):我感覺諾貝爾物理學獎越來越重視技術,而不只是新的理論,這個趨勢已經很明顯。工欲善其事,必先利其器。新的物理髮現,常需要新技術、新材料。我尤其想鼓勵研究生、剛進入科研職業軌道的年輕老師,注重技術發展,要想作出重要貢獻,必須有自己的“獨門絕技”。

杜羅軍(中國科學院物理研究所特聘研究員):無論是粒子物理、高能物理還是凝聚態物理,未來的發展主線異曲同工:如何突破現有認知,去創造更極端的實驗條件,把我們的研究推向極致,發現新奇物理,而大科學裝置,正是孕育原創性成果的最佳土壤。只要通過新的方式、創造新的極端條件,都有機會做出從0到1的原創性成果。

馬龍(復旦大學現代物理研究所青年研究員):在我看來,對於大型實驗取得的重大成果,承認核心人物的地位、給予他們認可,是必不可少的。同時,評價體系也應該認可團隊中那些默默付出、長期堅守的研究人員所做的工作。

此外,要集中力量解決重要問題。以中微子研究為例,最重要的是針對這個方向中最基礎、最本質的科學問題開展研究。這類工作往往需要開展長周期的科研攻關,基礎研究需要有“坐冷板凳”的耐心,希望國家和社會能夠給予長期支援和資助,為從事相關研究的人員建立適合長期研究的評價體系。

續本達:中微子極其難以探測,中微子探測起步時不過是噸量級,而如今冰立方直接做到了百萬噸量級。這樣的投入,一定需要國家政府來主導,但同時也離不開世界各國的通力合作。人類文明的工業化處理程序,恰恰為基礎研究提供了百萬噸級大工程所必需的基礎設施。

從這個意義上說,這一次諾貝爾獎花落中微子領域,正是人類工業化近一個世紀以來積累的“工業底子”回饋給我們整個文明發展的一份厚禮。

而今後,在這些大科學裝置上,無論是中國的天文望遠鏡、中微子望遠鏡,還是其他各類大科學設施,也不僅限於高能物理,而是遍及各個學科領域——我們都站在工業巨人的肩膀上,去攻克基礎科學最根本的問題。

當今時代,中國的工業化程度勢頭正猛,中國以大科學裝置為依託的基礎研究,未來可期。這正是此次諾貝爾獎帶給我們一線科研工作者最大的振奮。 (中國科學報)