为了深入了解遥远的宇宙，科学家一般会将望远镜安置在高山之巅，或者将其发射到太空之中。然而，物理学家弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen）采取了别具一格的方法：他在南极冰层之下埋藏了成千上万个光传感器，使一立方公里的冰体成为观测宇宙的强大工具。瑞典皇家科学院刚刚宣布，2026年度诺贝尔物理学奖将授予哈尔岑，表彰他对冰立方中微子天文台（IceCube）的关键贡献以及他在高能中微子天体物理方面的发现。此奖项还伴随有1200万瑞典克朗的奖金。在比利时出生于1944年的哈尔岑，现任职于美国威斯康星大学麦迪逊分校。从1988年首次提出在南极进行观测的构想，到带领国际团队成功建成IceCube，他为科学家们打开了一扇新的窗，让他们得以用此观察宇宙的极端环境。

哈尔岑试图解答的问题，主要源于不断到达地球的宇宙射线，这些射线中包含了大量的质子，其能量远超地球粒子加速器所能达到的极限。更重要的是，是什么样的天体和过程使得这些粒子被加速到如此惊人的程度，一直以来都是天体物理学中的重大难题。然而，追踪这些质子的源头却并非易事，由于质子带电，它们在宇宙中运动时会受到各种磁场的影响，从而改变运动方向。即使科学家能够测出它们到达地球时的方向，也很难再找到它们的起源。而中微子则为解开这一谜团提供了新的视角。

能够产生高能宇宙射线的环境，也极有可能生成高能中微子。中微子不带电、几乎不受任何磁场的干扰，且与物质的相互作用几乎可以忽略不计，因此它们能够携带来自遥远天体的信息。许多普通望远镜无法探测到的深层尘埃或被其他辐射屏蔽的区域，可能通过中微子留下的痕迹供科学家们研究。

不过，中微子探测也面临巨大的挑战。由于中微子与其他物质相互作用的几率极低，它们可以穿过人体、穿透整个地球，但几乎不留下痕迹。每秒会有大约650亿个来自太阳的中微子通过一个人的小指甲，然而人们对此毫无感觉。科学家需要有足够大且合适的探测介质，以便能捕捉到稀少的相互作用。对于那些更加稀有的宇宙高能中微子，探测器的体积尤为重要。

南极的冰层便成了理想的巨型望远镜。早在20世纪60年代，物理学家就已提出运用大体积的水来探测宇宙中微子。在中微子与物质发生相互作用时，会产生带电粒子，这些粒子在水中移动，会发出微弱的蓝光。如果能记录下这些光信号，便能够推测中微子的信息。哈尔岑意识到，南极的厚重冰层同样具备这样的潜力。南极深处的冰层长期处于光线较暗的环境中，不受海洋生物光信号的影响，同时放射性背景和环境也较为稳定。1988年，哈尔岑与同行约翰·G·勒恩德共同宣布了这一构想，许多研究机构的人员和工程师随后参与进来，将这一理论付诸实践。

施工队伍利用热水钻在冰层中贯穿出深孔，然后将串联光传感器的长缆放入其中。哈尔岑曾将这些传感器比作“反向灯泡”，其能够接收光并将其转化为电信号。然而，初期的尝试并不顺利，浅层冰中大量气泡使得光信号散射，模糊了粒子的运动信息。研究人员经过实验发现，超过1400米深的冰层要明显更为纯净，光在被吸收前的传播距离竟可达300米，远超预期。虽然找到适合的冰层是个不错的开端，但IceCube的前身AMANDA虽然证实了这一方案的可行性，但若想捕捉来自宇宙的稀有高能中微子，观测体积仍然不足。2010年底，IceCube终于完成建设，5160个光传感器分布在86条缆线上，深埋在地表下约1450至2450米的冰层中，形成一个完整的一立方公里的体积。

随着仪器的搭建，研究人员面临的新挑战是如何区分记录下来的信号的来源。IceCube每天会记录超过一亿个来自南极上空宇宙射线的粒子，这些粒子经过大气层造成了中微子的产生，其中每天有数百个粒子能够穿过地球抵达IceCube。大多数的信号并不被认为是宇宙高能中微子，而是来自地球周围的背景噪声。研究团队需要结合信号的能量、方向和相互作用位置等信息，以在数据中识别出明显超出大气背景范围的事件。单一的事件不足以明确其来源，发现需要依靠统计数据的积累。

2013年，IceCube团队首次报告了宇宙高能中微子存在的证据，并在随后的几年中，随着数据的不断增多，进一步确认了这一发现。人类由此得以利用这些粒子，对遥远宇宙中的高能过程进行系统性的研究。中微子在2015年诺贝尔物理学奖的获奖背景下，已帮助科学家深入研究太阳和超新星的奥秘。哈尔岑的工作，将观测领域扩展到了更高能量的宇宙中微子。显然，发现宇宙高能中微子只是找寻宇宙粒子加速器的第一步，接下来的挑战则是将这些粒子与具体的天体相联系。