在2026年, 今年的诺贝尔物理学奖是非常罕见的。这个大奖只授予了一位人士。这位人士是来自威斯康星大学麦迪逊分校的Francis Halzen。他非常特别。他一个人就把这个大奖项独揽下来了。他得奖是因为他做出了一个很重要的贡献。他的贡献就是决定性地建造了南极冰下的中微子天文台IceCube。
01冰下巨眼的诞生
宇宙当中天然存在的粒子加速器所喷射出来的质子, 其能量要比地球上最强大的加速器所能够达到的能量高出上百万倍之多, 但是由于带电的质子在星际磁场之中其运行的轨迹会发生扭曲现象, 所以人们无法追溯出这些粒子的源头, 而在1980年代的时候Halzen提出了利用中微子来进行追踪的方法, 因为中微子是不带电荷的, 所以它不会受到磁场的干扰影响, 其运动状态就像是笔直指向日标物体一样明确。
中微子的数量是非常巨大的, 它们每秒钟都有650亿个穿过人类的一个拇指指甲盖的面积, 这个过程是完全没有任何感知的, 虽然偶尔会撞击原子核, 并且在那一瞬间发出微弱的蓝光, 那么对于Halzen提出的构想, 其核心内容就是打算在南极的地下2000多米深处这样一个位置去开展相关的工作, 具体是利用1立方公里纯净冰层这样的条件来试图捕捉这种被称为幽灵粒子的中微子。
02深孔钻探的硬核工程
团队这边使用了特制的高温热水钻头, 然后在冰川这个位置进行了操作, 最后融出了深达2450米的孔洞, 接下来就把挂满了光敏传感器的电缆给沉入了冰水里面, 浅层冰中含气泡严重散射光线, 但是下潜至1400米以下后, 高压是将气泡压碎了, 于是冰层变得纯净透明了。
中微子发生的撞击会产生发光的光线, 这种蓝光能够在一立方千米的冰层内传播三百米才会被吸收。
在两千零一十一年完成建设的时候, 名为IceCube的这台设备上配置了八十六条电缆, 还有五千一百六十个用来感受光线的传感器, 其整体范围是从冰面以下一千四百五十米延伸至两千四百五十米深处, 就这样把一方公里大小的冰川转变成了用来探测中微子的望远镜。
03幽灵粒子首次被捕获
每天有超过上亿个的大气宇宙射线粒子穿过探测器。背景噪音极其恐怖。在二零一三年, IceCube团队首次明确捕获了来自太阳系以外的高能宇宙中微子。就在当年, 获得了《Physics World》年度突破大奖。
2023年, 团队第一次绘制出了银河系平面的高能中微子图像, 这是人类第一次借助中微子“看见”了银河系的完整模样。科学家还在活跃星系NGC 1068的方向上记录到了79个中微子候选信号, 从而锁定了这些极端天体的源头。
04中微子天文学全面推开
在可见光、射电观测、X射线探测以及引力波发现被实现之后, 高能中微子天文学这一领域得到了彻底的开发和拓展。这让天文学家获得了一副全新的观察工具, 通过这副工具, 人们能够直接对宇宙中那些极端的物理过程进行查看, 而这些过程是利用电磁波或者引力波所无法触及到的范围的内容。
在南极洲, 甚至已经出现有一座高地以Halzen名字为名的情况了, 那就是Halzen Mesa, 这样做的目的是为了纪念这位物理学家, 因为他成功地把冰川变弄成了宇宙望远镜。
05单人独揽诺奖
82岁的Halzen, 他是在1944年生于比利时蒂嫩, 他在1969年获鲁汶大学博士学位, 从1972年起在威斯康星大学麦迪逊分校任教至今。早年的时候, 他主攻的研究方向是夸克构成的重粒子与强子物理对称性破缺。
他与人合著的那一本名为
06黄峥母校再添科学荣光
威斯康星大学麦迪逊分校, 在中国科技圈里面, 它并不是一个陌生的词汇, 因为拼多多的创始人黄峥, 他是这所大学的校友。而现在, 这个学校的物理系教授, 一个人就获得了诺贝尔奖, 这让它在基础科学的领域里面的声誉, 又达到了一个更高的层面。
这所同一个学校, 在互联网商业领域和前沿物理领域, 一直都在不停地、持续地产出那种顶级的成果, 这就成了一个很好的例子, 为那种产学研的多方面的发展提供了证明。
我认为中微子天文学在未来最有可能解开关于宇宙哪一个谜题。欢迎你在评论区里面聊一聊, 同时点赞并把内容分享给那些同样好奇于宇宙的朋友。
