--- title: "Francis Halzen 和他的同事们，怎样把南极冰变成望远镜 | Sandbox Physics" description: "南极提供了巨量的冰。要把它变成观测站，还得解决钻孔、传感器、时钟，以及光在冰里怎样传播的问题。" canonical_url: "https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/halzen-and-collaboration/" language: "zh-CN" page_type: "story" alternate_languages: en: "https://sandboxphysics.com/stories/neutrinos/halzen-and-collaboration/" last_modified: "2026-10-11" --- [2026 年诺贝尔物理学奖](https://sandboxphysics.com/zh/nobel/2026/physics/) # Francis Halzen 和他的同事们，怎样把南极冰变成望远镜 南极提供了巨量的冰。要把它变成观测站，还得解决钻孔、传感器、时钟，以及光在冰里怎样传播的问题。 Sandbox Physics · 2026-10-09 · 更新于 2026-10-11 · 入门概念 ## 为什么想到用冰？ 要探测一种通常直接穿过物质的粒子，最好有一个足够大的靶。可自己建造、灌满一座巨型容器，成本很高。南极的冰提供了另一条路：把光传感器放进天然冰体，等那些偶尔让冰里发光的相互作用。 Francis Halzen 出生于比利时，长期任职于威斯康星大学麦迪逊分校，他把这一设想推动成了持续的研究计划。他对 IceCube 的贡献，获得了 2026 年诺贝尔物理学奖的认可。 设想提出后，还有许多事要实际测量：深处的冰够不够透明？光能走多远？光的传播能不能弄得足够清楚，好反推出发光粒子的路径？IceCube 的前身 AMANDA，帮研究人员一步步检验和改进了深冰探测的方法。 依据：[1] · [2] · [3] ## 时钟差一点，方向就可能算错 设想一束光先到达一个传感器，稍后到达另一个。这个时间差能帮我们判断粒子朝哪个方向走。可如果第一个传感器的时钟本来就快了一点，重建程序就可能把仪器误差当成粒子方向的变化。 所以传感器必须校准。每个光学模块把短暂的闪光变成带时间标记的信号。各模块的时间必须对齐，研究人员还要知道电信号对应多少光。 这些测量决定望远镜能不能工作。少了它们，把成千上万个读数拼起来，只会得到一张更复杂、却未必更可靠的图。 依据：[3] 1. 01 **建造探测器** 放置传感器，保存信号 2. 02 **检查测量** 弄清时钟、传感器和冰的影响 3. 03 **解释事件** 比较数据与可能的原因 把测量的几个环节连起来看。此图为方法示意。 ## 冰本身，也要被测量 光不一定沿直线从发光处走到传感器。一部分被吸收，一部分被散射，改了方向、绕了路才到达。真实冰层分成光学性质不同的层，同样长的距离，光走过的过程未必一样。 看到一个迟到的信号，研究人员得判断：延迟有多少能用冰来解释？否则光绕了远路，就可能被误算成粒子走了另一条路。所以测冰和测传感器同样重要。 这些工作要许多人一起完成：钻孔和部署人员把模块放到位；电子学和软件人员保存信号；校准、模拟和分析人员把信号和物理问题联系起来。按合作组的介绍，成员包括多国机构的数百位科学家，背后还有所属机构和资助方的长期支持。 依据：[2] · [3] ## 从仪器能用到做出发现 观测站记下一个异常事件，并不等于马上知道它从哪来。传感器响应能不能解释它？冰的模型有没有偏差？大气里产生的粒子会不会也留下这种信号？回答这些问题，需要合作组里不同专长的人一起出力。 2013 年的高能中微子结果把这些工作汇到了一起。研究人员选出一组事件，估算大气过程会带来多少本底，再和探测器实际测到的比较。天体来源的证据，就来自这一步比较。 Halzen 的故事和合作组的故事在这里交汇。科学领导让一项漫长的计划得以成真；发表的结果则同样依靠建造、运行、理解和分析这台仪器的人。仪器论文上长长的作者名单，正反映了这项科学是怎样做出来的。 依据：[4] · [3] ## 亲手改变一次冰的条件 在方向重建 Lab 中生成一个事件，用传感器测到的时间拟合方向，再显示生成时的真实方向，看看两者相差多少。随后选择更强的散射，生成新事件，重复这次比较。 散射可能让最早到达某个传感器的光也迟到。拟合程序却用简单的直达光模型来解释这些时间，延迟就可能把结果拉离原来的方向。“计时残差”显示的，就是实测时间和拟合预测相差多少。 这个 Lab 使用小型教学阵列，并假定轨迹上的一个参考点已经知道，省略了真实重建中的许多工作。不过，只做这一步也能体会到校准的意义：想知道粒子怎样走，就得先弄清它发出的光经历了什么。 依据：[3] · [5] ## 我们由此知道了什么 IceCube 的一次测量，汇集了许多不同的专长。Halzen 的科学领导让计划得以长期推进，工程、校准和合作分析让观测真正成为可能。 ## 在 Lab 中试一试 [IceCube 事件重建](https://sandboxphysics.com/zh/labs/icecube-reconstruction/) ## 一手来源与修订 1. [Royal Swedish Academy of Sciences · Physics 2026 (6 October)](https://www.kva.se/en/news/the-nobel-prize-in-physics-2026/) 2. [IceCube · Francis Halzen, 2026 Physics Nobel Prize](https://icecube.wisc.edu/news/awards/2026/10/francis-halzen-icecube-principal-investigator-wins-2026-physics-nobel-prize/) 3. [IceCube Collaboration · Instrumentation and Online Systems (2017; arXiv v3)](https://arxiv.org/abs/1612.05093) 4. [IceCube Collaboration · Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos (2013)](https://arxiv.org/abs/1311.5238) 5. [IceCube · Public data releases](https://icecube.wisc.edu/science/data-releases/) 2026-10-09 首发；2026-10-11 最后修订。解释文字与图解由 Sandbox Physics 原创；插图为示意，不复刻实验事件记录。本专题为独立教育内容，并非诺奖机构或实验合作组的官方出版物。 [← 前篇：中微子报道里，五个容易读错的地方](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/neutrino-nobel-common-misconceptions/) [后篇：为什么中微子一次次走进诺贝尔奖？ →](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/neutrinos-and-nobel-prizes/) ## 继续阅读 中微子 · 阅读路径 ### 从今年的诺奖开始 1. [文章 **2026 年诺贝尔物理学奖：为什么要去南极冰中寻找中微子？**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/nobel-physics-2026/) 2. [文章 **光已经告诉了我们很多，为什么还要看中微子？**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/high-energy-neutrinos-astronomy-window/) 3. [文章 **探测器那么大，事件却那么少：读懂中微子的量级**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/neutrino-energy-distance-and-counts/) 4. [文章 **从一次闪光到一个发现，中间要经过哪些检验？**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/neutrino-discovery-evidence-chain/) 5. [文章 **逐图读懂 IceCube 的发现论文**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/icecube-original-paper-figure-guide/) 6. [文章 **中微子报道里，五个容易读错的地方**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/neutrino-nobel-common-misconceptions/) 7. [当前页面 **Francis Halzen 和他的同事们，怎样把南极冰变成望远镜**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/halzen-and-collaboration/) 8. [文章 **为什么中微子一次次走进诺贝尔奖？**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/neutrinos-and-nobel-prizes/) 中微子 · 专题 ### IceCube 背后的人和工程 一支团队怎样在南极冰里建起探测器，又让它多年稳定运行？ 1. [当前页面 **Francis Halzen 和他的同事们，怎样把南极冰变成望远镜**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/halzen-and-collaboration/) 2. [文章 **IceCube 之前：人们怎样在深水和深冰里建望远镜？**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/before-icecube-underwater-telescopes/) 3. [文章 **IceCube：怎样把一立方公里的冰变成科学仪器？**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/icecube-ice-sensors-and-calibration/) 4. [文章 **IceCube 的 28 个事件：怎样认出来自宇宙的高能中微子**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/icecube-2013-evidence/) 5. [文章 **中微子测量中的工程贡献**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/neutrino-calibration-engineering-software/) 6. [文章 **打开真实中微子事件文件，怎样读？**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/reading-public-neutrino-event-data/) 7. [文章 **大型国际实验，怎样积累知识？**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/international-neutrino-collaboration-knowledge/)