2026諾貝爾物理學獎：用南極冰層破解宇宙奧秘，成功捕捉微中子的哈爾岑獨得諾獎桂冠

2026年諾貝爾物理學獎於10月6日揭曉。瑞典皇家科學院將這項殊榮頒給美國威斯康辛大學麥迪遜分校（University of Wisconsin–Madison）教授、比利時籍物理學家法蘭西斯・哈爾岑（Francis Halzen），表彰他「對冰立方微中子天文台的決定性貢獻，以及發現來自宇宙深處的高能微中子」。​

2026年物理學獎得主公布前，外媒普遍看好OLED、魔角石墨烯或量子反常霍爾效應等熱門領域，不過諾獎委員會的目光卻投向南極冰層深處一項跨越20多年的巨型科學計畫：把整片南極冰層當成一座「望遠鏡」，用來追蹤來自宇宙最難捕捉的粒子——微中子。埋在冰下的偵測器能夠捕捉極其罕見的粒子碰撞產生的微弱光訊號，進而反推出宇宙深處那些最暴烈、最神秘的高能過程。

​瑞典皇家科學院指出，哈爾岑早在1988年就提出了這一關鍵構想：利用南極冰層作為天然偵測器，追蹤來自宇宙的微中子。這項構想最終發展成冰立方微中子天文台（IceCube Neutrino Observatory），一座體積達1立方公里、埋設在南極冰層中的巨大偵測設施。憑藉這項成就，哈爾岑獨得本屆諾貝爾物理學獎，獲得獎金1200萬瑞典克朗。​

哈爾岑1944年出生於比利時蒂嫩（Tienen），1969年在比利時魯汶天主教大學（KU Leuven）取得博士學位，隨後前往美國威斯康辛大學麥迪遜分校任教。他最初專注於由夸克組成的重粒子研究，後來逐漸轉向思考：粒子物理能從宇宙來的高能粒子學到什麼？天文學又能如何受惠於粒子物理的技術與方法？

在IceCube計畫中，哈爾岑不僅是最初構想者，更長期擔任計畫的「催化劑」與主要負責人（principal investigator），一路推動理論、工程與國際合作，直到獲得實質科學成果，完成跨領域的巨型科學基礎建設，更開創「微中子天文學」的新觀測窗口，補充傳統光學、X 射線與伽馬射線天文學的不足。諾貝爾物理學獎委員會主席馬克・皮爾斯（Mark Pearce）指出：「哈爾岑領導了一個國際研究人員與工程師團隊，為我們提供了一項奇妙的儀器。他的堅持與科學遠見，為一種全新的天文學鋪路。」​ （相關報導： 2026諾貝爾獎揭開序幕，醫學獎今打頭陣！「光遺傳學」先驅獲獎，解開大腦記憶與情緒機制之謎 ｜ 更多文章 ）

諾獎得主小檔案

姓名：法蘭西斯・哈爾岑（Francis Halzen）

國籍：比利時出生的物理學家，任職美國威斯康辛大學麥迪遜分校

出生年份：1944年（比利時）

學歷：比利時魯汶天主教大學博士（1969年）

獎金：1200萬瑞典克朗

關鍵成就：冰立方微中子天文台計劃主持人

​得獎理由：「對冰立方微中子天文台的決定性貢獻，以及發現源自天體物理的高能微中子。」​

諾獎委員會在新聞稿中指出，微中子是「宇宙中最害羞的粒子」。因為它不帶電、質量幾乎為零，絕大多數時候會直接穿過物質、不留下任何痕跡。每秒鐘約有650億個來自太陽的微中子通過地球，但我們完全感覺不到，正因如此，微中子極難被偵測。只有極少數微中子會與原子核發生碰撞，產生帶電粒子並放出微弱藍光；若要在實驗中捕捉到足夠多的事件，就必須使用體積龐大、透明度極高的介質，並在其中佈滿高靈敏度的光學感測器。

哈爾岑的微中子偵測構想源於1980年代，當時他聽說蘇聯研究團隊計畫在南極使用無線電天線捕捉微中子訊號：當微中子與冰中原子核碰撞，會產生電火花並放出無線電波。哈爾岑受到啟發，但認為另一種方法或許更可行：直接在冰層中安裝光學感測器，搜尋微中子碰撞產生的微弱藍光閃爍。

其實早在1960年代，就有物理學家提出用水作為微中子偵測介質的構想。基本原理是：微中子碰撞後產生的帶電粒子會沿原方向前進並放出藍光，若介質足夠透明，就能被感測器捕捉，並反推出微中子的來源方向。哈爾岑的突破，是把「水」換成「天然冰層」。他與當時參與夏威夷深海 DUMAND 計畫的同僚約翰・勒恩德（John G. Learned）討論後，兩人1988年首次提出「南極冰層微中子天文台」的概念。

哈爾岑選擇南極，並非只因為那裡有冰。根據諾貝爾委員會的說明，南極有多項獨特優勢：包括南極點已有研究站與後勤體系，可支援長期運作與人員輪替；冰層在足夠深度下處於恆定黑暗，不受日夜與季節光照影響；冰中更沒有生物干擾，放射性物質含量極低；冰層沒有地震風險，有利於長期佈設感測器。不過在南極冰層設置微中子天文台的缺點​也很明顯：南極極端寒冷，只能在每年11月至隔年2月的短暫夏季進行施工。

諾獎委員會指出，要把感測器埋進冰層，第一步是鑽洞。研究團隊向冰川學家請教後，採用一種特殊的高壓熱水鑽頭，能在冰層中鑽出深達數公里的孔洞。接著，把串有光學感測器的長纜線放入灌水後的孔洞中，待水重新結冰，感測器便固定在冰裡。哈爾岑形容這些感測器是「反向的燈泡」：不是發光，而是捕捉光並轉換成電信號。

團隊先在格陵蘭測試感測器能否在冰中記錄粒子訊號，隨後在南極開始建造第一座微中子天文台——AMANDA，即 IceCube的前身。哈爾岑回憶，1993年聖誕夜他坐在餐桌前，膝上放著電腦，為的就是等待第一條光學纜線成功安裝在冰層中的訊息。

不過AMANDA的初期結果並不理想：冰層上段含有大量氣泡，會散射光線、模糊粒子行進方向的資訊。但研究人員很快發現，在深度超過1400公尺以下，冰層極為純淨透明，光訊號可在冰中傳播300公尺才被吸收，遠超過預期。這項「副產品」也讓科學家更深入理解不同深度冰層的光學性質。

AMANDA的建造持續到2000年1月，雖然運作正常，但整個體積仍不足以有效偵測來自宇宙的高能微中子。於是，更大規模的IceCube計畫啟動，並在2011年完成，形成一座體積約1立方公里的冰中偵測器，共佈設5160顆光學感測器，分佈在86條纜線上，埋設深度介於1450至2450公尺之間。

諾獎委員會指出，捕捉微中子的動機，也來自另一個長期未解的問題：釐清宇宙射線的來源。 （相關報導： 2026諾貝爾獎揭開序幕，醫學獎今打頭陣！「光遺傳學」先驅獲獎，解開大腦記憶與情緒機制之謎 ｜ 更多文章 ）

宇宙中不斷有高能粒子穿過，這些被統稱為「宇宙射線」的粒子，多數是氫原子核（質子）。有些來自太空的質子能量極高，遠超過地球上任何粒子加速器能達到的程度。但這些超高能宇宙射線究竟從何而來，一直是天文學與粒子物理學的最大謎團之一。

由於質子帶電，行進路徑會被宇宙中的磁場偏轉，即使偵測到路徑也無法逆推來源。理論上，能加速質子到如此高能的過程，也會同時產生高能微中子；而微中子不帶電、幾乎不受磁場影響，若能捕捉到微中子，就有機會逆推出宇宙射線的真正源頭。

設立在南極冰層中的IceCube每天都會記錄海量訊號，不過絕大多數是「背景噪音」：宇宙射線進入地球大氣層後產生的粒子，以及在大氣中生成的微中子。僅靠單一事件，很難判斷某顆微中子是否真的來自宇宙深處。

因此研究團隊先篩選出符合微中子與冰相互作用特徵的事件，再從統計上比較這些事件的能量分佈、方向分佈，看是否符合「宇宙微中子」的預期，而非來自地球大氣。2013年，團隊發表第一批證據，顯示確實偵測到來自太陽系外的高能微中子，隨著資料量累積，這項發現獲得更堅實的統計支持。諾獎委員會指出，這標誌著微中子天文學進入新階段：從「證明太陽與超新星會產生微中子」，推進到「用微中子搜尋宇宙中最暴烈、能量最高的天體過程」。

諾獎委員會指出，截至目前，IceCube已經找到一些可能的微中子來源。其中一個被反覆討論的目標，是NGC 1068（又稱 M77）星系，有79顆微中子看似來自這個星系的方向，但現有證據不足以確認NGC 1068就是微中子的來源。研究人員預期，隨著捕捉到的微中子數量增加，未來有機會更精確地定位源頭。IceCube團隊近年也觀測到來自銀河系內部的高能微中子，研究人員認為，這些微中子很可能是在宇宙射線與星際稀薄氣體中的原子碰撞時產生。這代表人類不只看到「來自銀河系外」的微中子，也開始描繪銀河系內部的高能粒子環境。

諾貝爾委員會指出，未來幾年將有更多微中子望遠鏡加入戰場，包括貝加爾湖、地中海、南海與加拿大西海岸等。至於南極本身，IceCube的擴建也已經提上日程：IceCube-Gen2將把偵測體積從目前的1立方公里，擴大到8立方公里，進一步提高捕捉高能微中子的機率，提升定位源頭的精確度。 （相關報導： 2026諾貝爾獎揭開序幕，醫學獎今打頭陣！「光遺傳學」先驅獲獎，解開大腦記憶與情緒機制之謎 ｜ 更多文章 ）