本文选自《物理与工程》2026年第6期
陈少敏
（清华大学工程物理系; 清华大学高能物理研究中心）
2026年诺贝尔物理学奖授予冰立方（IceCube）中微子天文台奠基者弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen），以表彰他对冰立方中微子天文台的决定性贡献，以及发现源自天体物理源的高能中微子（for decisive contributions to the IceCube Neutrino Observatory and the discovery of high-energy neutrinos of astrophysical origin）。诺贝尔委员会指出，哈尔岑最早提出利用南极冰层探测并追踪中微子的创新构想。依靠长远的科学远见与出色的项目领导力，他带领团队建成这座以一立方公里南极深层冰体为探测介质、内置大量光学传感器的巨型中微子观测装置。冰立方天文台使得科研人员得以捕捉来自遥远宇宙极端高能天体过程产生的中微子，为高能中微子天文学这一新兴领域奠定了根基。
这是中微子研究有史以来第五次斩获诺贝尔奖。当然严格说来，1995年和2002年两次诺贝尔奖并非全部授予中微子相关成果：1995年仅有一半奖金表彰中微子探测成果，另一半授予τ轻子的发现；2002年奖项一半属于宇宙中微子天文学，另一半授予X射线天文学，与中微子无关。一个小小的基本粒子相关研究多次斩获诺奖，在粒子物理与核物理界十分罕见，但仔细分析，出现这种情况也绝非偶然。
本次诺贝尔物理学奖从方向上看，与2002年中微子相关的那一半成果一样，都属于中微子天文学。当年，雷蒙德·戴维斯（Raymond Davis Jr.）凭借太阳中微子探测的开创性工作获奖，小柴昌俊（Masatoshi Koshiba）则因实时探测1987A超新星爆发的中微子而获奖。理论上，太阳中微子和超新星中微子的产生机制在核物理层面已经比较清楚。但这一次不同，冰立方观测的是PeV（101?eV）能量的天体中微子，如此极端的能量来自何方？其背后的产生与加速机理是什么？这些问题目前依然未知。因此，本次诺贝尔奖之后，预期以中微子为独特的探针或信使开展天体物理研究，会再掀起一次高潮，例如国内正在推动和参与的海铃计划（TRIDENT）和贝加尔湖中微子望远镜（Baikal-hGVD）。
冰立方的主要科学目标是探测来自银河系与河外的高能中微子弥漫通量与点源，测绘高能中微子天图，为理解超高能宇宙线起源提供线索。除此之外，它还开展暗物质间接搜寻、大气中微子振荡与大气簇射等方向的物理研究。让我比较意外的是，它在大气中微子振荡参数测量上的成果。冰立方的子探测器DeepCore可探测能量低至约5GeV的大气中微子，整套探测器将大气中微子的探测范围延伸至500GeV。2025年3月，冰立方合作组在《物理评论快报》发表结果：利用2012—2021年DeepCore数据、基于卷积神经网络重建的15万余个大气中微子候选事例，假定三代中微子正质量序下得到中微子振荡参数Δm232和sin2θ23是迄今利用大气中微子样本得到的最精确测量，与超级神冈及长基线加速器中微子实验的结果相容，并在能段与统计独立性上形成互补。振荡分析依靠低能端样本，精准选取了DeepCore 5~100GeV的区间，从而完整覆盖多个中微子振荡基线长度与能量（L/E）相位区间。这种宽能段、高统计的连续观测能力，是超级神冈等传统大气中微子实验难以企及的。
从五次与中微子相关的诺贝尔物理学奖来看，有三次聚焦中微子自身基本属性，另外两次，则源于中微子作为独特宇宙信使开辟的新观测窗口。大家自然会追问：中微子领域还能再收获诺奖吗？学界默认的潜在诺奖级成果，大多围绕中微子本身：观测到无中微子双贝塔衰变信号、测定中微子绝对质量与三代中微子质量排序、确认中微子味混合存在CP破坏，或是证实惰性中微子的存在。这些目标都指向中微子的内禀性质。但还有一种可能性常被忽略：中微子是否还能凭借充当其他全新领域的信使，再次斩获诺奖？
例如，借助超新星中微子与超新星遗迹弥散中微子观测，还原恒星核心坍缩直至黑洞形成的完整演化过程，厘清这类恒星在宇宙演化中扮演的角色；以地壳与地幔放射性衰变产生的地球中微子为探针，若未来实现能谱与方向的高精度测量，有望揭示地球内部热源的起源；甚至利用加速器中微子的物质效应，探索地球内部的物质结构。
诺贝尔奖看重的是从0到1的开创性突破，以及由此开辟的全新研究领域。弗朗西斯·哈尔岑自上世纪80年代末提出设想，90年代启动原型验证，计划建造一座曾被视作天方夜谭的立方千米级探测器。彼时几乎没人看好这个设想能产出诺奖级成果；项目自起步便背负巨大的技术与资助风险，靠着逐步争取才获得大额经费投入，建设历程充满坎坷。在历年诺奖前瞻预测中，冰立方也长期被低估。我自己虽然看中了中微子，但也看错了方向。我想，这正是诺贝尔物理学奖的魅力与公信力所在——它奖励的不是被预测的热门，而是那些在无人看好时仍被坚持下来的问题。
写于2026年10月6日，诺贝尔物理学奖揭晓之夜。
引文格式: 陈少敏. 一立方千米冰里的诺贝尔奖：中微子的第五次登顶下一次在哪里？[J]. 物理与工程，2026：网络首发. Cite this article: CHEN S M. [J]. Physics and Engineering, 2026： online first. (in Chinese)
