哈爾岑在南極追蹤宇宙“幽靈粒子”

哈爾岑在南極追蹤宇宙“幽靈粒子”



南極夜空下的冰立方中微子天文台（路透社）

哈爾岑在南極追蹤宇宙“幽靈粒子”

據天下事報道：當地時間十月六日，瑞典皇家科學院決定將二○二六年諾貝爾物理學獎授予弗朗西斯·哈爾岑，以表彰他對冰立方中微子天文台（建於南極冰層下的中微子探測裝置）作出的決定性貢獻，以及發現天體物理來源的高能中微子。

中微子無處不在

哈爾岑意識到，南極冰層可以用來追蹤一種被稱作中微子的粒子。他的科學遠見與學術領導力是冰立方中微子天文台得以誕生的關鍵。該天文台是一塊一立方公里的冰層，內部佈設大量光感測器。借助冰立方，科研人員能夠捕捉來自遙遠宇宙中超高能物理過程產生的中微子。

中微子無處不在，但它們並不顯露自己。它們會徑直穿過地球和人們的身體，而人們毫無察覺。極少數情況下，單個中微子會與原子核發生相互作用，從而使擁有合適設備的人能夠發現它們。

攜未知宇宙信息

科學家們早就知道宇宙中存在天然粒子加速器，它們能發射出能量比地球實驗室所能達到的高出百萬倍的粒子。關於這些源的許多情況仍是謎團：它們是甚麼？它們在哪裡？它們內部的主要過程是甚麼？

極高能中微子與其他粒子誕生於相同的宇宙環境。但和其他粒子不同，中微子抵達地球的途中不會偏轉方向，也不會損失能量。這就意味着，它能夠提供其他觀測手段無法獲取的宇宙信息。

構南極追蹤設想

哈爾岑於一九八八年首次提出在南極捕獲中微子的設想。當中微子與原子核碰撞時，會產生一道閃光，可通過清澈冰川冰中的感測器進行追蹤。南極冰擁有得天獨厚的優勢：它不受多種信號干擾，所在區域地質穩定，沒有地震。哈爾岑的想法很快獲得其他研究者的支持，短短數年後，科研人員便在冰層中開展感測器初步測試。

宇宙高能中微子的數量十分稀少，想要觀測到足夠多的粒子相互作用事例，就需要體量極其龐大的冰介質。冰立方中微子天文台於二○一一年建設完工，整體探測體積達一立方公里。科研人員很快探測到首批高能中微子，數年後，正式發表成果，證實這些中微子必然來自太陽系之外。尋找宇宙中微子源的工作可以真正開始了。

冰立方持續收集的中微子相互作用事例將為研究人員提供關於可產生高能中微子的極端環境的新知識，甚至可能揭示此前未知的宇宙現象。