刚刚，诺贝尔物理学奖的获奖者被揭晓，这一次并没有人并列获奖，得主是来自美国威斯康星大学麦迪逊分校的弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen）。若你对这所大学不太熟悉，或许知道它有位知名的校友——拼多多的创始人黄峥。

那么，哈尔岑获得此殊荣的原因是什么呢？官方的解释提到了他在南极冰立方中微子天文台（IceCube）方面的重大贡献，以及他在揭示高能中微子天体物理学起源方面的成功。具体来说，哈尔岑将位于南极、深达2000多米的1立方公里纯净冰层，构建成了一台捕捉宇宙中微子这一“幽灵粒子”的超大型望远镜。目前，南极还专门为他建立了一座以他的名字命名的高地，称为哈尔岑高地（Halzen Mesa）。

为何选择在南极的深冰中捕捉这些“幽灵粒子”呢？物理学界一直以来对高能宇宙射线的来源困扰已久：这些能量极高的宇宙射线究竟来自何处？宇宙中确实存在自然粒子加速器，它们喷射出的质子能量远超地球实验室中最强的加速器，但由于质子的带电性质，在飞往地球的过程中会受星际磁场的影响，导致人们难以确定它们的来源。因此，寻找这些宇宙射线的真正源头便成为了当务之急。

物理学家们将希望寄托于中微子。中微子是宇宙中最难捕捉的粒子，它们不带电，质量极小。每秒有650亿个来自太阳的中微子穿过我们的指甲盖，但我们却毫无感觉。高能质子加速时会伴生高能中微子，而中微子不受电磁干扰，可以直接指向其发源地。然而，如何捕捉这些微子呢？它们偶尔会与原子核碰撞，产生带电粒子并释放出微弱的蓝光。只要介质足够透明、体积足够大，就可以用光敏传感器记录它们的轨迹。

尽管深海是透明的，但海水中的生物和洋流会干扰探测。哈尔岑在1980年代提出一个大胆的想法：利用南极的天然冰层！他设想用热水融出一条条深达2500米的孔，将光敏传感器置入冰水当中。

研究团队采取一种极为创新的方法，使用特制的高温热水钻头融化南极的冰层，形成深孔，并迅速将挂满光敏传感器的电缆下沉到冰水中。哈尔岑形容这些传感器像反向灯泡，负责捕捉微弱光信号并转换为电信号。早期的实验AMANDA启动时，大家心中充满疑虑，因为浅层冰中的气泡会散射光线。然而，当钻头最终下潜至1400米的深处，结果令人惊讶——高压将气泡压碎，冰层清澈透明。中微子的碰撞产生的蓝光能够在冰中传播300米之远，给后续的研究打下了坚实的基础。

IceCube项目于2011年建成，深埋于南极冰下1450至2450米之间，由86根电缆和5160个光学传感器组成，标志着一台无与伦比的中微子望远镜的诞生。用这个巨型望远镜尽管依然难以在来自深空的信号中找到中微子，但团队的努力终究没有白费。2013年，他们首次明确获得来自太阳系外的高能宇宙中微子捕捉的证据，获得了《Physics World》年度突破奖。

接下来的几年中，关键证据不断出现，包括在活跃星系NGC 1068方向记录到的79个中微子候选信号，标志着潜在的极端天体源头的发现。2023年，IceCube团队首次成功绘制出银河系平面的高能中微子图像，让人类首次通过中微子“看到”银河系的全貌。

随着高能中微子天文学的开启，天文学又迈出了重要一步。值得一提的是，获奖的弗朗西斯·哈尔岑今年82岁，他1944年出生于比利时，1969年在鲁汶大学获得博士学位，早期的研究集中在夸克以及重粒子与强子物理的对称性破缺。博士后研究后，他选择前往美国威斯康星大学麦迪逊分校，并从此开展了他的开创性研究。