瑞典皇家科學院6日宣布,將2026年諾貝爾物理學獎授予比利時裔美國理論物理學家弗朗西斯·哈爾岑,以表彰他對南極冰立方中微子天文台的決定性貢獻,以及在發現具有天體物理起源的高能中微子方面取得的成就。這是諾貝爾物理學獎時隔34年單獨頒給一位科學家,哈爾岑將獨享1200萬瑞典克朗(約940萬港元)的獎金。哈爾岑領導的團隊用南極冰層打造了一台巨大的「望遠鏡」,並捕捉到來自宇宙深處、俗稱「幽靈粒子」的中微子,從而加深我們對宇宙起源的認識。
【大公報訊】諾貝爾物理學獎委員會6日表示,哈爾岑提出南極的冰層可以用來追蹤中微子,他的遠見和領導力是冰立方中微子天文台(簡稱「冰立方」)得以建成的關鍵。借助這一科學工具,研究人員得以捕捉來自遙遠宇宙極高能量天體物理過程中所產生的中微子。
現年82歲的哈爾岑出生於比利時蒂嫩,現任美國威斯康星大學麥迪遜分校教授。美國國家科學院網站顯示,他是冰立方中微子天文台首席研究員。哈爾岑6日說,他從未預料到自己獲獎,「這是很大的驚喜」。被問及中微子是否可能包含「遙遠文明」傳來的信息時,他說:「有人推測這會是與外星人溝通的理想方式。但我不會往這方面深入。我認為我們目前有許多實際問題需要處理。」
受同行啟發 23年築冰層「望遠鏡」
中微子是構成物質世界的基本粒子之一,也是宇宙中最古老、數量最多的粒子。大多數粒子物理和核物理過程都會產生中微子,例如核反應堆發電、太陽發光、超新星爆發等等。中微子不帶電荷、質量極其微小,並且幾乎不與任何物質相互作用,因此也被稱為「幽靈粒子」。如何成功「捕捉」看不見、摸不着的中微子,是物理學家致力攻克的課題。
20世紀80年代,哈爾岑聽說蘇聯研究人員計劃在南極洲使用無線電接收器捕捉中微子信號。南極所受外界干擾較少,且地質條件穩定,為探測中微子提供了良好環境。受此啟發,他想到或許也可以在冰中安裝光傳感器,來捕捉中微子。大多數中微子會直接穿過冰,不留痕跡。只有少數中微子會與原子核碰撞,產生可被觀測的光。
1988年,哈爾岑與同行勒尼德在波蘭的一次會議上首次提出在南極點冰層中建造中微子天文台的構想,吸引了來自不同機構的研究人員。他們首先在格陵蘭島進行試驗,隨後在南極點着手建造第一座中微子天文台,即冰立方的前身AMANDA。最初的嘗試令人失望,冰層上部充滿氣泡,將光散射到不同方向,使粒子運動痕跡變得模糊。但研究人員隨後發現,在超過1400米的深處,冰體變得極其純淨,中微子引發的閃光能夠傳播300米,遠超預期。
AMANDA的建設持續至2000年初,研究人員意識到它的體積不夠大,於是冰立方誕生了。2011年,冰立方在南極點完工,它在冰面下1450米到2450米處布設了5160個光傳感器,將整整1立方公里的南極冰蓋,變成了一台捕捉中微子的超級探測器。2013年,該設施首次捕捉到源自太陽系外的高能中微子。
冰立方從提出概念到落成歷時23年,哈爾岑說,「我很幸運。啟動這個計劃時,大家都覺得構想不錯,但幾乎沒人相信它能成功,包括我自己。」諾貝爾物理學獎委員會主席馬克·皮爾斯表示,哈爾岑「打造了一台非凡的科學儀器。他的堅持不懈和科學遠見,為一種全新的天文學開闢了道路。」
「信使」中微子助了解宇宙起源
科學家們發現,宇宙中的天然「粒子加速器」會釋放高能中微子,它們飛抵地球時方向不變、能量不減,能保存其他粒子無法留存的信息,被稱為獨特的「宇宙信使」。科學家藉由這位「信使」,得以探索宏觀宇宙的起源。
諾貝爾物理學委員會委員、瑞典烏普薩拉大學教授埃里克松表示,冰立方探測到高能中微子,有助於了解大質量黑洞等極端天體中發生的現象。他說,冰立方的成功產生示範效應,更多類似甚至規模更大的設施正在建設中,隨着觀測能力提升,人類對宇宙的認識不斷加深,並由此催生新的實際應用。
哈爾岑說,他的研究最重要成果尚未完全展現,現在要確定它能揭示何種宇宙奧秘還為時過早。他說:「這只是科學研究的開端,天文學的偉大發現還在後頭。」(綜合報道)
