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南极冰下融出一立方公里捕手,哈尔岑凭冰立方斩获2026诺贝尔物理学奖

机制

把一立方公里的南极冰层做成探测器,他拿下了诺贝尔奖。

2026 年诺贝尔物理学奖刚刚揭晓,奖项颁给了威斯康星大学麦迪逊分校的弗朗西斯·哈尔岑(Francis Halzen)。 表彰他在南极主导建造了“冰立方”(IceCube)中微子天文台,捕获了来自遥远宇宙的高能中微子。

哈尔岑接到瑞典电话的时候正在意大利,他说自己完全没想到。 他还补了一句大实话: 当年这项工程刚启动的时候,正经保守的物理学家没一个人愿意加入。 在很多同行眼里,这根本不叫实验,完全就是去南极发疯。

我们来看他到底要抓什么。 中微子,号称宇宙里的幽灵粒子。 它几乎没有质量,不带电荷,几乎不跟任何物质发生反应。 每秒钟都有几万亿个中微子穿透你的身体,连一个细胞都不会碰到。 从宇宙大爆炸,到遥远星系里的黑洞吞噬,都在源源不断喷出这种粒子。 它是极少数能穿透星际尘埃、把宇宙深处最原始信息直接送到地球的信使。

可问题来了:既然它什么都能穿透,你怎么抓它? 答案是撞大运。 如果样本基数足够大,总有极小极小的概率,会有那么一颗高能中微子,正面撞上水或者冰里的原子核。 撞击的一瞬间,会产生次级带电粒子。 这个带电粒子在冰里的速度超过了光在冰里的传播速度,就会在黑暗里发出一微秒极其微弱的幽蓝闪光。 这就是切伦科夫辐射。 只要能拍到这道微弱的蓝光,就能反推中微子的能量和它的来源方向。

原理说起来简单,真要做,所有人都觉得荒谬。 因为概率太低了。 常规实验室修一个几万吨的水罐,已经算庞然大物了。 但想抓宇宙深处飞来的超高能中微子,几万吨水就像用茶杯接暴雨,等上几年也碰不到几个。 哈尔岑算了一笔账: 想要稳定看清深空里的高能信号,探测器的体积至少得达到一立方公里。 十亿吨。 地球上哪来这么大的容器装十亿吨纯净透明的水? 哈尔岑把目光投向了南极点。 南极大陆底下两千多米的冰层,压实了几万年,没有气泡,纯净透亮,而且终年漆黑一片。 这就是天然现成的超级水罐。

接下来就是真正的硬核工程了。 在零下三四十度的极寒环境里,工程师用高压热水钻,硬生生融出两千五百米深的垂直水洞。 趁着热水还没重新冻上,把挂着几十个耐压光电传感器的电缆快速下放进去。 水重新结冰,仪器就永久冻结在极地冰川深处。 整整融了八十六个深洞,布设了五千多个传感器,把整整一立方公里的古老冰层,织成了一座三维立体光电网。

2010 年,冰立方正式落成。 2013 年,他们第一次实锤探测到太阳系以外的超高能宇宙中微子。 到了 2018 年,人类甚至顺着一颗中微子的微弱轨迹,直接锁定了三十七亿光年外一个正在疯狂喷射物质的超大质量黑洞。 南极万年坚冰,真的成了看清宇宙深渊的眼睛。

科学探索最迷人的地方大概就在这里。 当年谁看谁觉得离谱的狂想,硬是靠一群敢下注的人,在世界尽头把它融进了冰川里。 今天这枚诺贝尔奖,就是给那种不讲理的勇气的最好回响。

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