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10月6日,瑞典皇家科学院把2026年诺贝尔物理学奖,单独颁给了82岁的弗朗西斯·哈尔岑(Francis Halzen)。这是1992年以来,物理奖头一回只授予一个人;1200万瑞典克朗、约合806万元人民币的奖金悉数归于他。而这份荣誉背后,是埋设于南极冰面下约1.5至2.5公里深冰中的5160个光学传感器,是数百人的国际团队,更是人类第一次试着用中微子这双“新眼睛”打量宇宙。
中微子,才是这次获奖的真正主角。
它是粒子世界里的“幽灵”:质量极小而确定不为零,不带电荷,只参与弱相互作用。每一秒,都有数以万亿计的中微子穿过我们的身体,我们却浑然不觉;它们从太阳核心诞生后奔向四方,绝大多数即便穿过整个地球也几乎完好无损。一百多年前,物理学家发现原子核发生β衰变时能量似乎“不翼而飞”,为了解释这个疑团,泡利在1930年提出存在一种看不见的中微子“补账”;1933年,费米为它正式命名为“中微子”——意大利语里“小小的中性者”。
中微子难捉,偏偏最珍贵。光子和带电粒子在宇宙中要么被磁场偏转、丢失来向,要么被物质吸收殆尽;唯有中微子几乎“不食人间烟火”,无论穿越多远的距离都尽量保留出发时的方向与能量。这使它成为窥探宇宙深处的理想“信使”——大质量黑洞、超新星、伽马射线暴这些极端天体,都靠它向外传话。
可怎么捉住这个“隐身人”?1988年,哈尔岑提出一个近乎疯狂的设想:把南极那一立方千米清澈透亮的老冰,整体改造成一台探测器。当中微子撞上冰中的原子核,会诱发带电粒子,这些粒子在冰里以超过光在介质中的速度行进,迸出一缕幽幽的蓝光——切连科夫辐射——被埋在冰下的传感器接住,据此反推中微子的来向与能量。冰立方于2010年12月完成建设、2011年正式运行;2013年,科学家首次确认探测到来自太阳系外的高能中微子[1];2018年,又让一颗中微子与约40亿光年外(红移z≈0.34)的耀变体TXS 0506+056严丝合缝地对上号[2],给“宇宙来信”找到了第一个确凿的寄件人。
从“看不见”到“看见宇宙”,中微子这双新眼睛,不过刚刚睁开。往后的漫漫长夜,人类大概会借它,看得很远、很远。
参考文献
[1] IceCube Collaboration. Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector[J]. Science, 2013, 342(6161): 1242856. https://doi.org/10.1126/science.1242856
[2] IceCube, Fermi-LAT, MAGIC, et al. Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A[J]. Science, 2018, 361(6398): eaat1378. https://doi.org/10.1126/science.aat1378
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