中微子质量问题

中微子有3种（当然，考虑到它们可能存在的反粒子就是6种）：电子中微子、μ中微子、τ中微子，人们分别在1956年、1962年、2000年探测到它们。 电子中微子和μ中微子发现得比较早，人们在上个世纪对它们的质量进行了许多实验测量，但一直没有测到它们的质量，因此标准模型就自然而然地认为中微子质量为0。

然而，这一猜测被2000年前后的两个实验推翻——日本的超级神冈实验和加拿大的SNO实验。他们发现中微子存在“振荡”现象，也就是说三种中微子会发生混合形成叠加态。然而，只有质量不为0的粒子才会形成这种叠加态。因此这一实验结果直接表明中微子实际上存在微小的质量，推翻了人们之前的猜想，获得了2015年的诺贝尔物理学奖。

对标准模型而言，中微子存在质量其实并不是什么太大的问题，只要在标准模型拉氏量中写入它们的质量项并引入混合矩阵就行了。真正的问题在于为什么中微子质量这么小，只有eV数量级，它比电子轻大约100万倍，比最重的标准模型粒子t夸克轻上千亿倍。这看上去很不自然，因为大家都是基本粒子，凭什么我们都是胖子而你是瘦子？

为了解释中微子质量为什么这么小，人们提出了许多理论模型，其中最有名的是所谓的跷跷板机制。这一模型认为在更高能的理论中存在质量极大的重粒子，它通过一个质量矩阵与中微子相联系，使得中微子的质量与这个重粒子的质量成反比。这样一来当这个重粒子的质量取到10^15GeV的数量级时，就可以计算得到中微子的质量只有eV数量级，由此解决中微子的质量疑难。不过这只是一种猜想，目前没有任何实验证据。
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#墨科技# #中微子振荡#

日本超级神冈实验的梶田隆章以及加拿大萨德伯里中微子观测站（SNO）的阿瑟.麦克唐纳两人获得2015年的诺贝尔物理学奖，以表彰他们发现了中微子振荡现象。上一期我们介绍的太阳中微子测量的数量与理论预期不符的情况正是由于中微子振荡引起的。

在我们的宇宙中，存在三组轻子，每一组都包含一种带电轻子和与之对应的中微子，他们分别是电子和电子中微子，缪子与缪子中微子，韬子与韬子中微子，当然还有他们各自的反粒子。至于为什么宇宙中只有三种轻子，至今也没有答案。在人类刚开始寻找中微子时，并不知道自然界中存在三种中微子，而太阳内部核聚变产生的正是电子型的中微子。中微子振荡，即是说，在中微子传播过程中，会有一定概率转变为其他种类的中微子。所以太阳中微子从产生到传播到地球的过程中，其中有三分之二的中微子转变为了其他种类的中微子，这也就导致了早期在地球上进行的大多数电子型中微子探测器，探测到的太阳中微子数量与理论预期的数量不一致。

中微子振荡不仅仅出现在的太阳中微子中，在后来的一系列实验中，人们又相继发现大气中微子振荡，和反应堆中微子振荡，他们分别代表三种不同的中微子振荡模式。我们上一期提到，中微子振荡的发现，最大的收获在于它证明了中微子存在质量。因为只有具有质量的中微子才能发生振荡，即便这个质量非常微小。这一结果，与20世纪70年代建立起来的粒子物理标准模型相违背，因为标准模型认为中微子质量为零。

粒子物理标准模型无疑是人类目前为止建立的最成功的理论，它的正确性经历了无数实验的检验，它的预言也一次次得到证实，特别是在2012年由欧洲核子研究中心（CERN）在LHC（大型强子对撞机）上发现了希格斯粒子，为粒子物理标准模型补上了最后一块板。而中微子振荡的发现，却第一次打破了它的金身，为我们的新物理打开了一扇门。可以预见，在今后的很长一段时间，中微子物理都将是物理学的热门课题。