法蘭西斯·哈爾岑，從未踏足南極卻憑冰中望遠鏡獲諾貝爾獎的物理學家

法蘭西斯·哈爾岑

出生	1944年3月23日 Tienen, Belgium
職業	物理學家
獲獎	巴爾贊獎 · 科科尼獎 · 朱利葉斯·韋斯獎

弗朗西斯·哈尔岑從未站上那片讓他聲名大噪的冰原。數十年來，這位威斯康辛大學麥迪遜分校的物理學家一直主張，在南極點下方的冰川中埋設一座配備光感測器的觀測設施，就能捕捉來自宇宙中最猛烈天體的粒子。他撰寫計畫書，也領導了建造探測器的合作團隊；鑽孔和冰層凍結期間的工作，則由其他人負責。今年秋天，瑞典皇家科學院將諾貝爾物理學獎頒給他一人，表彰這座由數百名科學家與工程師共同建成的天文觀測站。

這種獨自獲獎的情況，正是故事最令人意外之處。物理學獎通常由兩、三人共享，而 IceCube 則是橫跨十多個國家的合作計畫。哈尔岑本人談起計畫的起源時，總把它說成一連串意外。在接受美國物理聯合會口述歷史訪問時，他說：「我當初是意外被捲進來的。」四位創始人當中，只有他曾經寫過計畫書。

他走向南極點的旅程，起點遠離冰原。他於1944年3月23日出生在蒂嫩，這座城鎮位於佛萊芒布拉班特省。他在魯汶天主教大學攻讀物理，1966年取得碩士學位，並於1969年以一篇探討強子對稱性破缺、以荷蘭文撰寫的論文取得博士學位。接著，他在日內瓦附近的歐洲粒子物理實驗室 CERN 擔任兩年研究副職，之後橫越大西洋前往麥迪遜；如今，他在那裡工作已超過半個世紀。

在威斯康辛，他從事夸克與加速器碰撞理論研究。1977年，他升任正教授；1984年出任該校基本粒子物理研究所所長，至今仍擔任此職。同年，他與英國物理學家艾倫·D·馬丁合著《Quarks and Leptons》，這本書很快成為粒子物理學的標準教科書。當時，他的目光已逐漸轉向宇宙射線；這些射線撞擊地球時所帶有的能量，遠超任何實驗室所能達到的範圍。

1987年，他聽說蘇聯計畫在南極冰層中架設無線電天線，聆聽中微子的訊號。他認為訊號太弱，但冰層本身卻一直留在他的心上。中微子不帶電，質量也幾乎為零。它們能穿過整個星球而不受阻擋，這正是它們有用之處：它們會沿直線從生成地點抵達。極少數情況下，中微子撞上原子核，會產生帶電粒子，並發出微弱的藍光。哈尔岑提出的構想，是在南極點下方清澈、黑暗而穩定的冰層中，監測這些閃光。1988年，他與領導夏威夷外海水下探測器計畫的約翰·勒恩德，在波蘭一場會議上提出這個構想。他回憶道：「我做了一場關於 AMANDA 概念的演講……只是想看看會不會有人把我笑著轟下台。」結果沒有人笑。

先導計畫 AMANDA 約於1990年成形，由一小群物理學家組成，其中包括哈尔岑在威斯康辛的同事鮑勃·莫斯；他是計畫正式的首席研究員。這項計畫差點讓整個構想胎死腹中。冰層靠近表面的部分充滿細小氣泡，光線受到嚴重散射，閃光幾乎立刻就失去方向性。到了更深處，冰層卻比任何人預期的都清澈。AMANDA 證明了這種方法能觀測中微子，也證實真正的望遠鏡必須做得更大、埋得更深。

2001年，哈尔岑成為後續計畫 IceCube 的首席研究員。施工團隊花了六年時間用熱水融出孔洞，並在水重新結冰前將一串串感測器放入其中；這座觀測站於2011年完工，設於冰層中的儀器體積達一立方公里，在地表下約1,450至2,450公尺處安裝了5,160個光學模組。2013年，合作團隊發表首份證據，顯示有高能中微子來自太陽系之外；這些粒子的能量遠高於 CERN 大型強子對撞機所能加速的任何粒子，科學雜誌《Physics World》並將這項成果評為年度突破。後續研究則將中微子的來源指向一顆正在耀發的耀變體 TXS 0506+056、活躍星系 NGC 1068，以及2023年發現的銀河系盤面。

諾貝爾獎的頒獎詞表揚他「作出的關鍵貢獻」，這個措辭意味深長。哈尔岑是理論物理學家，據他本人所說，無論是在 AMANDA 時期還是之後，他都從未去過南極洲。獲獎消息公布後，美國物理聯合會刊出一篇文章，指出他「不宜被視為唯一的推動者或幕後主腦」；馬克·鮑文在介紹這項計畫的著作《The Telescope in the Ice》中，也將相當篇幅留給莫斯及冰層鑽探專家布魯斯·科奇等人。哈尔岑並不否認這一點。他回憶，正當資金即將撥下時，有人告訴他，如果他不擔任首席研究員，計畫就不會繼續；他說：「如果他們沒告訴我，我根本不會當上首席研究員。」這項科學研究也仍有未解之處：IceCube 證明宇宙中存在穩定的中微子流，但其中大部分至今仍找不到確切來源；即使是最有力的候選者 NGC 1068，其觀測結果的統計信心水準也低於物理學家宣稱發現新現象所採用的門檻。

2026年10月6日公布獲獎消息時，他人在義大利；幾天前，他才剛在貝加莫的一場科學節上談過 IceCube。他透過電話在斯德哥爾摩的記者會上告訴媒體：「這真是個天大的驚喜，我完全沒有料到。」自1992年以來，他是首位獨自獲得物理學獎的人，也是第11位比利時諾貝爾獎得主；自1975年以來，他則是首位在威斯康辛大學教職期間獲得諾貝爾獎的人。同年稍早，美國物理學會頒發研究卓越成就獎章予他；2024年，他當選美國國家科學院院士。

他把這個獎項當成爭取支持的籌碼。在麥迪遜接受記者訪問時，他笑著說：「我正在準備一份計畫書，希望這個獎能幫助它獲得批准。」他的合作團隊已在規劃 IceCube-Gen2，準備將觀測範圍擴大至約八立方公里的冰層，但整個工程所需資金尚未到位；與此同時，地中海和貝加爾湖也正在建造競爭性的中微子望遠鏡。現年82歲的哈尔岑將於12月10日在斯德哥爾摩領取獎章。這項計畫曾被人稱作他口中的「可愛點子」，也有人認定它「絕不可能成功」；如今，它仍在黑暗中記錄閃光，而那些閃光來自何處，多數至今仍無從得知。

標籤: Nobel Prize, IceCube, 物理學, 微中子, Alan D. Martin, Bob Morse