根据报道，瑞典皇家科学学院宣布 2026 年诺贝尔物理学奖授予比利时弗朗西斯·哈尔森教授威斯康星大学麦迪逊分校，美国
该奖项表彰哈尔森，肯定他在创建 方面所做出的重要贡献冰立方（IceCube）中微子观测站. 此外，他还授予了该项奖，以表彰其在发现高能天体中微子的贡献——这一发现可能被视为打开一个全新的宇宙观测窗口。
那么，什么是中微子？
据报道，中微子它们是物理学中最神秘的粒子。 尽管它们存在于整个宇宙大量，每秒数万亿个，它们与身体内的物质互动极少，却能跨越宇宙广阔的距离，几乎不留下任何痕迹。
因此，我们通常称它们为“幽灵粒子”。 它们是无电荷、极小质量的亚原子粒子，例如在太阳内部和我们自身的 atmosféra 中产生。
冰立方观测到的高能中微子，特别是，起源于宇宙中最极端事件，例如恒星爆炸或黑洞周围的现象。
从天文学的角度来看，中微子被认为是非常特殊的宇宙信息传递者。 虽然光会被宇宙中的气体和尘埃吸收，但中微子可以轻松穿透这些障碍，从而提供从其他无法直接观测到的宇宙区域的信息。
另一个重要方面是，由于中微子没有电荷，它们不会受到磁场相互作用的干扰，从而可以自由传播。
这种方式与其它粒子，如质子和电子——它们也携带关于这些极端天体现象的信息，但受到银河系磁场的偏转，从而失去了方向性——不同，中微子直接指向其起源区域。
赫尔森的贡献对于建立一个新领域——中微子天文学——至关重要。这个领域也被称为多信使天文学，因为它引入了一种新的信使来补充天文学家对电磁辐射的研究。
一个新领域——但充满挑战
然而，进行中微子天文学的最大挑战是探测它们。
就像中微子可以从遥远而深邃的宇宙中直接带回信息，因为它们不会被那里存在的物质吸收一样，它们可以很容易地穿过探测器而不会被注意到。因此，为了增加捕捉中微子信号的机会，需要建造一个巨大的探测器。
基于这一挑战，在 20 世纪 80 年代末，哈尔森帮助开发了一个大胆的想法：利用高度透明的南极冰作为巨大的望远镜。
想法是安装在南极冰的深处和黑暗区域，安装能够检测到由中微子与冰相互作用产生的微弱光信号的传感器，并等待这些罕见相互作用发生。
结果是天文台IceCube，位于南极。与传统的望远镜不同，它由 5160 个光传感器组成，分布在 86 条埋在地下 1.5 到 2.5 公里的缆绳中。它们共同占据约 1 立方公里的冰，并作为隐藏在黑暗中的一个“隐形”相机而运作。
IceCube 的传感器如何工作
当一个中微子与冰原的原子发生其中一种罕见的相互作用时，这种碰撞会产生一个带电的次粒子，即缪.
由于该μ子所携带的巨大中微子能量，它以比光速还要快的速度在冰中运动——而不是在真空中，这是爱因斯坦相对论对宇宙中任何物体的速度限制——从而产生一种称为赫伦科夫辐射的光，冰立方探测器可以检测到。
由于数量众多，并且它们浸没在一个完全透明且黑暗的环境中，冰立方传感器不仅记录了产生的赫伦科夫辐射的时间和强度，还记录了μ子穿过冰体积的轨迹。
这样，科学家们可以重建其来源方向，并估计中微子的能量，从而帮助我们绘制一个中微子的天空图。
冰立方于 2004 年至 2010 年的夏季期间建造。 建造过程通过仔细的钻孔和使用热水穿透冰块，然后将传感器通过电缆插入到深处，并在冰块重新冻结时固定。
在短短几年内，2013 年，冰立方合作组已经探测到28 种高能中微子，这些中微子的能量与在大气中产生的中微子不符，这意味着它们的来源一定是来自宇宙。
这样，中微子开始了宇宙学研究，并迅速成为一种新的宇宙信息载体。
这种新的天文观测方式在2017年取得了突破，当时冰立方探测到来自与遥远星系TXS 0506+056同方向的极高能中微子。TXS 0506+056.
当中微子被观测时，该星系正在发出强烈的伽马射线爆发。
这两项事件的巧合，首次将冰立方观测到的中微子与可能的起源联系起来，从而揭示了其内部过程以前无法获取的信息。
再次，在2022年，冰立方发现了来自另一活跃星系的证据，该星系具有高能。NGC 1068在这一年中，该中心包含一个由气体和尘埃遮蔽的超大质量黑洞。并在2023年，它产生了首次用中微子拍摄的银河系图像.
这些结果进一步巩固了“多消息携带者”作为研究高能天体物理现象的新方法。
一种模式，其中目前可供天文观测的每个星体都讲述着一部分故事，并补充了我们对宇宙的认识。
一个新的研究领域——以及一项重要的合作
确实，天体物理学中研究中微子的领域还很年轻，而且大部分被探测到的宇宙中微子都与特定的来源相关联。
信号稀少，大气中微的背景噪声很大，这给探测带来了重要的限制。重建这些粒子的方向需要复杂的分析，有时还不够精确。
在像诺贝尔奖这样的重要奖项上，值得记住的是，哈尔森并没有独自完成这项工作。如今，冰立方汇集了约450名科学家、工程师和计算机专家，来自58所机构和14个国家.
冰立方观测站刚刚接收了新的传感器，而正在建设中的 IceCube-Gen2，其可观测体积将是原始观测站的八倍，从而提高捕获这些罕见宇宙信号的能力，并发现和研究宇宙中的大型粒子加速器。
那么，巴西的情况如何？
尽管巴西不是冰立方合作的成员国，但它在多信号天体物理学方面发挥着重要作用。捷尔诺夫望远镜阵列观测站 (CTAO)，以及南半球宽视场伽马射线观测站 (SWGO)，两者均具有重要的国家参与，将是能够与冰立方紧密协同工作的伽马射线观测站，从而揭示和详细研究高能天体中微子的来源。
尤其，SWGO 预计将在智利安第斯山脉开始建设，并获得重要的资金国家科学与技术发展基金 (Guóji Shīyán yǔ Shèjì Fāzhǎn Jījīn)通过Finep.
由巴西物理研究中心 (Bāxī Shīyán Yánjiū Zhōngxīn),一家位于的研究所科学、技术和创新部 (MCTI)位于里约热内卢的SWGO将成为第一个观测南半球天空的观测站，为天文学开辟了新的窗口。
这将为帮助如IceCube等实验揭示宇宙大型粒子加速器的千年之谜提供新的机会。
乌利斯·巴雷斯·德·阿尔梅达获得里约热内卢州研究基金会 (FAPERJ)、巴西国家科学与技术发展委员会 (CNPq)、圣保罗州研究基金会 (FAPESP) 和研究与项目融资机构 (FINEP) 的资助。