給中微子測體重

陳思

中微子，是一種基本粒子，不帶電，個頭小，與其他物質的相互作用十分微弱，號稱宇宙間的“隱形人”。

科學界從預言中微子的存在到發現它，用了20多年的時間。普通人從未見到過這種神秘粒子的“真身”，其實它每時每刻都在我們身邊。它可以輕易穿透任何物質，每秒會有1000萬億個來自太陽的中微子穿過每個人的身體。當然，我們毫發無損，因為，它們太小了！

由于中微子與其他物質的相互作用極其微弱，所以檢測中微子非常困難。正因如此，在所有的基本粒子中，人們對中微子了解最晚，也最少。實際上，大多數粒子的物理和核物理過程都伴隨著中微子的產生，如核反應堆發電（核裂變）、太陽發光（核聚變）、天然性放射、超新星爆發、宇宙射線等等。

中微子與其他物質的作用如此微弱，那么研究中微子是不是毫無用處呢？答案并非如此！比如，關于中微子的研究，使中微子天文學成為目前非常前沿和熱門的研究領域。就拿天文學家手里的“武功秘籍”——宇宙微波背景輻射來說，它其實就是宇宙大爆炸的余熱。在宇宙大爆炸之后38萬年的時候，才開始在宇宙中傳播。也就是說，通過宇宙微波背景輻射，人類可以知道宇宙大爆炸38萬年之后的歷史，但前38萬年的歷史，我們是沒辦法知道的，這就可以通過觀測中微子來實現。

中微子的觀測能夠讓我們更加了解微觀時間的物理現象，同時幫助我們完善天文學中恒星、黑洞的相關模型，還能幫助我們掌握更多有關宇宙起源和演化的信息。

加拿大薩德伯里中微子天文臺（圖片來源/薩德伯里中微子天文臺）

質量，這個我們平時不以為意的物理性質，卻是中微子極難解的謎題之一。中微子究竟有沒有質量呢？

2012年，著名的中國物理學家王貽芳院士領導的大亞灣中微子實驗國際合作團隊，宣布發現了一種新的中微子振蕩，這表明所有已知的中微子都有質量。2015年的諾貝爾物理學獎被授予了日本物理學家梶田隆章（Takaaki Kajita）和加拿大物理學家阿瑟·麥克唐納（Arthur B. McDonald），表彰他們發現了中微子振蕩，而中微子振蕩正是中微子有質量的直接表現。2020年，科學家宣布，中微子的質量不超過1.1電子伏特，約為電子質量的15萬分之一。

?3種中微子示意圖

那么，中微子的質量到底如何測得呢？這是一個相當復雜的問題！為什么呢？

梶田隆章團隊的實驗和阿瑟·麥克唐納帶領的研究小組的實驗一同發現了中微子振蕩的新現象，證明長期被認為沒有質量的中微子，其實是有質量的。

那么，這3種中微子（電子、μ子、τ子中微子）相對應的也有3種中微子質量（第1、2、3種質量本征態）。但它們之間并不是一一對應的關系，而是存在某種“混合”。比如，電子中微子是以某種方式將第1、2、3種質量本征態“混合”在一起。

關于中微子，還有很多疑問需要科學家們去解決。相信破解這些“秘密”之后，一定能讓物理學取得更大的進步！