文章图片
文章图片
中微子是亚原子世界的神秘幽灵 ， 是唯一只与弱力相互作用的粒子（引力太小通常被忽略不计） 。 弱力也非常微弱 ， 所以它很少与其他任何东西相互作用 ， 它们大多都是穿过物质而不留下痕迹 ， 因此经常被称为幽灵粒子 。
虽然一开始我们只假设存在一种中微子 ， 但事实证明存在三种不同的变体 。 一类中微子与电子有关称为电子中微子 ， 另外两类中微子与电子的表亲μ子和τ子有关 ， 因此它们被分别称为μ中微子和τ中微子 。 科学家用希腊字母ν来表示中微子 ， 用下标来告诉我们它是什么中微子 。
科学家发现存在不同风味的中微子的方式是 ， 中微子似乎记得它们的起源 。 例如 ， 1962年的一项实验创造了与μ子串联的中微子 ， 如果随后一个中微子碰撞到原子核中 ， 那么碰撞只会产生μ子 ， 而不会产生电子或τ子 。 中微子记得它是如何制作的 ， 这一观察也获得了1988年的诺贝尔物理学奖 。
中微子缺失之谜由于观察到的中微子具有不同的类型 ， 科学家认为他们对中微子的理解已经相当完整了 。 然而 ， 当他们继续研究时 ， 中微子却给了他们惊喜 。 1964年 ， 一位科学家想研究源自最大核反应堆——太阳的中微子 。 他知道中微子可以与氯相互作用并产生
然而 ， 他没有找到预期的十个原子 ， 他只观察到了三个 。 对此最简单的解释是测量错误 ， 但许多后续实验重复了他的结果 。 这也就意味着 ， 他探测到的中微子比预期的还要少 ， 这被称为太阳中微子失踪之谜 。
中微子的另一个来源是宇宙射线 。 来自宇宙深处的高能质子不断撞击大气层中的原子核 ， 由此发生的强子衰变产生了大气中微子 。 根据理论计算 ， 产生的每电子中微子与μ中微子的比例为1：2 。 但许多实验都观察到了不同的比例结果 ， μ中微子比实验预期的还要少或电子中微子比预期的还要多 ， 这也被称为大气中微子问题 。
【少有人谈论的物理异常：中微子振荡带来的谜团】在1950年代后期 ， 意大利物理学家布鲁诺·庞特科尔沃假设不同风味的中微子可能会相互振荡 。 如果这个想法是真的 ， 那么一束电子中微子可以逐渐变成μ中微子 ， 然后又变回电子中微子 。 中微子振荡的第一个令人信服的证据出现在1998年 ， 使用的是日本的超级神冈探测器实验 ， 证实了中微子的身份会发生改变 。 中微子振荡能很好地解释上述两个谜题 。 在过去的20年内 ， 科学家们利用粒子实验室制造的中微子束研究了中微子振荡 ， 这些实验在理解中微子振荡方面取得了巨大的进展 。
中微子质量之谜中微子的振荡也很奇怪 ， 因为这只有在有质量的情况下才会发生 ， 但我们不知道中微子的质量从何而来 。 其他基本粒子获得质量的方式是它们与希格斯玻色子耦合 ， 但是这种机制需要粒子同时具有左手性和右手性 ， 然后希格斯玻色子将它们耦合在一起 。 但是 ， 到目前为止 ， 我们只见过左手中微子 ， 因此它与希格斯机制的关系尚不清楚 ， 我们尚不知道它的质量从哪里来 。
有两种想法可以解决这个问题 。 第一个想法假设右手中微子存在但非常重 ， 所以我们还没看到它 ， 因为创造它们需要大量的能量 。 第二个想法是假设中微子与其他自旋为1/2的粒子有所不同 ， 它的左手版本和右手版本完全相同 ， 这被称为马约拉纳粒子 。 但无论哪种方式 ， 我们目前对中微子的理解都缺少一些东西 。
