宇宙間有個獨行俠,它身懷一門絕世武功,能輕松穿透人體、巖石、山脈乃至整個行星,在宇宙中、星系間任意馳騁。這個獨行俠生性與世無爭,它既不戀紅塵,也不問世事,所到之處幾乎不留痕跡,來無影去無蹤,即便穿過一光年厚的鉛塊也不驚擾任何原子。此獨行俠便是廣泛存在于自然界中詭異且孤僻的基本粒子——中微子。
中微子的質(zhì)量幾乎為零,以接近光速行進,并且不與正常物質(zhì)相互作用。對于它來說,宇宙中的一切就像是一層幻象,可以輕易穿透。雖然中微子行蹤詭秘,但它偶爾還是會與原子發(fā)生碰撞,產(chǎn)生人們可以觀測到的信號。為了捕捉到這難得的一瞥,科學家們布下了“天羅地網(wǎng)”。這張?zhí)厥獾木W(wǎng)雖然無法“網(wǎng)住”中微子,但能捕捉到它與原子碰撞時所發(fā)出的微弱閃光。根據(jù)這些漣漪般的蹤跡,科學家就此可以推測出它的能量強度,以及從哪里來、到哪里去等信息。
中微子是宇宙中速度僅次于光的粒子,科學家一直嘗試用標準模型來預測它的行蹤。通過不斷制造更加強大的工具去探測中微子,科學家逐漸將它的秘密公諸于世。原來行蹤不定的中微子之所以難以被捕捉,主要原因是它有3個分身——電中微子、謬中微子、陶中微子,它們可以經(jīng)過“振蕩”由一種類型變?yōu)榱硪环N類型。
迄今人類發(fā)現(xiàn)的中微子振蕩共有3種。1998年,日本超級神岡探測器的科學家們發(fā)現(xiàn)了電中微子和謬中微子之間的變換;2001年,加拿大的薩德伯里中微子天文臺探測到了太陽發(fā)出的全部3種中微子,證實了太陽中微子在達到地球途中發(fā)生了相互轉(zhuǎn)換;2012年在中國大亞灣中微子實驗室,一個名叫曹俊的青年科學家鉆入3000多米的隧道,潛心鉆研1600多個日夜后,發(fā)現(xiàn)了反應(yīng)堆中微子振蕩,并給出了至關(guān)重要的一個混合角參數(shù)13,這就是最后一種中微子振蕩。
至此,科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了中微子分身的秘密:3種中微子振蕩,即太陽中微子振蕩、大氣中微子振蕩和反應(yīng)堆中微子振蕩。而且科學家發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩,就意味著中微子是有質(zhì)量的,這樣的結(jié)論與粒子物理的標準模型的“中微子是沒有質(zhì)量”的假設(shè)大相徑庭。這一結(jié)論使得科學家大吃一驚,它不僅打破了人類對粒子物理的標準模型的迷思,而且推進了人類對于宇宙起源與形成的認知,畢竟中微子的存在成為人類打開新粒子物理世界的鑰匙。
盡管各國粒子物理領(lǐng)域的科學家進行了接力賽式的中微子研究,諾貝爾物理學獎也數(shù)次垂青中微子研究領(lǐng)域,但中微子身上的謎團并沒有完全解開。科學家雖然知道中微子有質(zhì)量,它也是目前所發(fā)現(xiàn)的速度唯一可以追趕光速的粒子,但是中微子具體質(zhì)量幾何、順序如何,依舊是未解之謎。