弗朗西斯·哈尔岑，从未踏足南极却凭冰中望远镜获诺贝尔奖的物理学家

弗朗西斯·哈尔岑

出生	1944年3月23日 Tienen, Belgium
职业	物理学家
获奖	巴尔赞奖 · 科科尼奖 · 朱利叶斯·韦斯奖

弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen）从未站上那片令他声名大噪的冰原。几十年来，这位威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家一直主张，在南极点下方的冰川中布设光学传感器，就能捕捉来自宇宙中最剧烈天体的粒子。他撰写了项目提案，并领导了建造探测器的合作团队；钻孔和冰面施工则由其他人负责。今年秋天，瑞典皇家科学院将诺贝尔物理学奖授予了他一人，以表彰这座由数百名科学家和工程师共同建成的天文台。

故事中耐人寻味的，正是这份孤独。物理学奖通常颁给两三位获奖者，而IceCube则是一个横跨十多个国家的合作项目。哈尔岑自己讲述项目起源时，说那是一连串偶然。在接受美国物理联合会口述史采访时，他说：“我是阴差阳错被拉进来的。”四位创始人中，只有他曾经写过项目提案。

他通往南极点的道路，始于远离冰雪的地方。1944年3月23日，他出生于弗拉芒-布拉班特省的小城蒂嫩。他在鲁汶天主教大学攻读物理学，1966年获得硕士学位，1969年凭借一篇以荷兰语撰写、研究强子对称性破缺的论文获得博士学位。此后，他在欧洲粒子物理实验室CERN担任了两年科研助理；CERN位于日内瓦附近。随后他横渡大西洋来到麦迪逊，如今已在这里工作了半个多世纪。

在威斯康星大学，他从事夸克和加速器碰撞理论研究。1977年，他成为正教授；1984年，他出任该校基本粒子物理研究所所长，并一直担任这一职务。同年，他与英国物理学家艾伦·D·马丁（Alan D. Martin）合著了Quarks and Leptons，这本书很快成为粒子物理学的标准教材。他的关注点当时已开始转向宇宙射线——这种粒子抵达地球时所携带的能量，是任何实验室都无法达到的。

1987年，他听说苏联计划用无线电天线在南极冰层中探测中微子。他认为这种信号太弱，但冰层本身却一直留在他的脑海里。中微子不带电荷，质量也几乎为零。它们能穿过整个地球而不停下，这正是它们的价值所在：它们会沿直线从产生之处抵达。极少数情况下，中微子会撞上原子核，产生带电粒子，发出微弱的蓝色闪光。哈尔岑的设想，是在南极点下方清澈、黑暗而稳定的冰层中捕捉这些闪光。1988年，他与约翰·勒恩德（John Learned）在波兰的一场会议上介绍了这个想法；勒恩德当时正领导夏威夷近海的水下探测器项目。哈尔岑回忆说：“我做了一场关于AMANDA构想的报告……只是想看看会不会有人把我轰下台。”结果没有人发笑。

大约在1990年，由一小群物理学家共同推进的先导项目AMANDA逐渐成形，其中包括哈尔岑在威斯康星大学的同事鲍勃·莫尔斯（Bob Morse），他是项目正式的首席研究员。这个项目差点让整个设想夭折。冰层靠近表面的部分布满细小气泡，会严重散射光线，使闪光几乎立刻失去方向信息。而在更深处，冰层却比所有人的预测都清澈得多。AMANDA证明了这种方法能够探测中微子，也表明真正的望远镜必须建得更大、更深。

2001年，哈尔岑成为后续项目IceCube的首席研究员。施工团队连续六年用热水融出冰洞，并在水重新冻结前放下传感器串。2011年，天文台建成：一立方公里的仪器化冰层中，装有5160个光学模块，深度约在地表以下1450至2450米之间。2013年，合作团队发表了首批证据，表明存在来自太阳系之外的高能中微子；这些粒子的能量远超CERN大型强子对撞机所能加速的任何粒子。《Physics World》杂志将这一成果评为年度突破。后续研究将中微子的来源指向耀变的耀变体TXS 0506+056、活动星系NGC 1068，以及2023年发现的我们银河系自身的盘面。

诺贝尔奖授奖词表彰的是“决定性贡献”，这几个字分量不轻。哈尔岑是一位理论物理学家；按他自己的说法，他从未去过南极，无论是AMANDA时期还是此后都没有。颁奖后，美国物理联合会发表的一篇文章指出，“不宜把他视为唯一的推动者或幕后主脑”；马克·鲍恩（Mark Bowen）关于这个项目的著作The Telescope in the Ice，也将很大篇幅留给了莫尔斯和冰层钻探专家布鲁斯·科奇（Bruce Koci）等人。哈尔岑并不否认这一点。他回忆说，资金即将到位时，有人告诉他，如果他不担任首席研究员，项目就无法推进；他说：“如果他们没有告诉我，我也不会成为首席研究员。”这项科学成果也仍有未解之处：IceCube证实宇宙中存在稳定的中微子流，但其中大多数至今仍找不到明确来源；即便是最有力的候选来源NGC 1068，其观测结果的统计置信度也低于物理学家宣称发现时采用的门槛。

2026年10月6日公布获奖消息时，哈尔岑正在意大利；几天前，他刚在贝加莫的一场科学节上谈过IceCube。他通过电话参加斯德哥尔摩的新闻发布会时告诉记者：“这真是个巨大的惊喜，我完全没有料到。”自1992年以来，他是首位独享诺贝尔物理学奖的人；他也是第11位比利时诺贝尔奖得主，并且是自1975年以来首位获奖的威斯康星大学在职教员。同年早些时候，美国物理学会向他颁发了研究卓越成就奖章；2024年，他当选美国国家科学院院士。

他把这份荣誉当作推动项目的筹码。他在麦迪逊对记者说：“我正在准备一份提案，希望这个奖能帮它获得批准。”现场随即响起笑声。他的合作团队已经在规划IceCube-Gen2，计划把冰层探测规模扩展到约八立方公里，但完整的建设经费尚未落实。与此同时，竞争项目也正在地中海和贝加尔湖建造中微子望远镜。现年82岁的哈尔岑将于12月10日在斯德哥尔摩领取奖章。这个曾被人称作“可爱的点子”、并被认为“绝不可能成功”的项目，仍在黑暗中记录着一道道闪光，而这些闪光大多来自何处，至今仍无从得知。

标签: Nobel Prize, IceCube, 物理学, 中微子, Alan D. Martin, Bob Morse