ESC
科技 1 分钟阅读

太空“幽灵粒子”探测观测站斩获诺贝尔物理学奖

比利时裔物理学家Francis Halzen教授因对南极IceCube中微子观测站的开创性贡献荣获诺贝尔物理学奖。该观测站利用一立方公里南极冰层探测来自遥远宇宙的中微子,揭示了超新星爆发、巨型黑洞等极端天体物理过程,开创了中微子天文学这一全新领域。

来源:BBC Science

星空画面,中间可见银河,地平线上呈现绿色的北极光。前景是一座观测站,有一座黑色建筑和通向白色立柱的楼梯。 Francis Halzen教授因对IceCube中微子观测站研制的“决定性贡献”而获奖

作者:Pallab Ghosh 科学记者

比利时裔物理学家Francis Halzen教授因其在探测太空粒子的观测站上的开创性工作而荣获诺贝尔物理学奖,该观测站揭示了遥远宇宙的奥秘。

Halzen领导了南极IceCube观测站的研制工作,该观测站利用一立方公里的南极冰层,内置光传感器,用于探测被称为中微子的粒子。这些粒子携带着宇宙中剧烈高能过程的信息。

瑞典皇家科学院表示:“他的远见和科学领导力对IceCube中微子观测站而言是根本性的。”

他于1988年首次提出了在南极探测中微子的构想。

现为美国公民、任职于威斯康星大学麦迪逊分校的Halzen在新闻发布会上表示,他对自己的想法如此成功感到惊讶。

“我必须强调我有多么幸运。因为当我们启动这个项目时,所有人都意识到这也许是个好主意,但很少有人认为它能成功,包括我自己在内。”

中微子是难以捉摸的亚原子粒子。太阳会产生数量极其庞大的中微子:每一秒钟,就有数十亿中微子无害地穿过你指甲盖大小的区域。

但IceCube寻找的是能量高得多的中微子,它们由远在太阳系之外——遥远星系中的剧烈过程产生。

它由长缆线上的数千个传感器组成,这些缆线被钻孔并冻结在一立方公里的冰块中。

中微子可以被视为指向那些基本天体事件的天文信使。

在观测站,大多数中微子直接穿过冰层,但偶尔会有一个与冰发生相互作用,产生发出标志性闪光的粒子。

这些罕见的信号携带着中微子来源及产生它们的极端条件的线索——使科学家能够研究普通望远镜难以观测的地方。

诺贝尔物理学委员会主席Mark Pearce教授说:“Francis Halzen领导了一支由研究人员和工程师组成的国际团队,为我们提供了一台非凡的仪器。”

“他的坚韧和科学远见为一种全新的天文学铺平了道路。”

漆黑星空中蓝色的银河贯穿画面中央 这张模糊的图像是银河系,但它由中微子粒子构成

当中微子偶尔撞击原子核时,会产生快速运动的带电粒子。正是这些在冰中飞驰并发出蓝色光芒的粒子,能够被灵敏的光探测器捕捉到。

光的模式和到达时间使科学家能够估算中微子的来向——帮助他们追溯其在宇宙中的起源。但这些相互作用极为罕见,因此观测站需要体积巨大的清澈冰层。

Halzen的想法是利用南极洲广阔的天然冰盖。于是,一项大胆的计划开始了:在南极点建造一座中微子观测站,将数千个光传感器深埋于冰层之中。

中微子幽灵般的特性——正是这一特性使其难以探测——也让它成为来自遥远宇宙的强大信使。

中微子很少与其路径上的物质发生相互作用,因此它们可以直接穿过光难以穿透的致密区域。

而且由于它们不带电荷,磁场不会使其在太空中的路径发生弯曲。这意味着它们的到达方向可以将科学家引向其源头。

它们的能量为进一步了解产生它们的过程提供了线索——帮助科学家研究爆炸的恒星以及巨型黑洞周围的环境如何将粒子加速到极高能量。

伦敦物理学会科学总监Louis Barson表示,IceCube观测站使天文学家能够研究传统望远镜无法看到的现象。

他补充道:“随后的发现正在帮助我们理解宇宙中一些能量最高、最神秘的过程——这要归功于Halzen教授的工作。”

牛津大学物理学家Subir Sarkar教授引用法国小说家Marcel Proust的话来评价Halzen对科学的贡献:

“‘唯一真正的发现之旅,唯一的青春之泉,不是去访问陌生的土地,而是拥有别人的眼睛,透过另一个人、一百个人的眼睛去观察宇宙,去观察他们每个人所看到的、所是的一百个宇宙。’

“Francis Halzen带领IceCube合作团队完成了正是这样一次发现之旅,为我们观察宇宙打开了一扇新的窗口。”

相关阅读