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中微子在氣泡室中的相互作用，來源：Fermilab

中微子經常被叫做“幽靈粒子”是有道理的。不帶電荷且質量微小的中微子及其難以捉摸，直接穿透包括你我身體的通常物質毫無感覺。

事實上，作為物理基本粒子的中微子一度被認為完全沒有質量。但是最近來自意大利沒錯，GPS光纜不插緊炮制了超光速中微子的那伙人!研究者的一項觀察提供了更多證據表明中微子具有非常小的一咪咪質量。

具體來說現在發現，具有三種“味道”的中微子能在一種稱為振蕩的過程中自發地改變味道。基于量子力學原理，僅當味道具有獨特質量時震蕩才能發生。

蘋果變桔子

為了檢測振蕩，OPERA合作組織將一束μ中微子(μ是一種味道)從瑞士穿透724公里的地殼射向意大利。需要這么長的距離是為了給μ中微子足夠時間振蕩成另一種味道，因為粒子運動接近光速，這段路連3毫秒都不用。

從2008到2012年，在意大利大薩索山被檢測到有一萬個μ中微子完成了這段旅程。這一萬個里面有五個改變了味道——變成了τ中微子。

“這就好像朝空中拋蘋果，等你接住它的時候卻變成了西柚或者桔子。”中微子物理學家阿蘭·桐告訴《連線》。

上星期宣布的第五次目擊觀察確認了這不是巧合。五次獨立觀測結果都不是由中微子震蕩引起的幾率小于百萬分之一。用粒子物理學家的統計術語來說，該觀察達到了5西格瑪水平。這和LHC發現西格斯波色子所要求的統計可信度類似。

有缺陷的模型

味道振蕩的證據——進而中微子有質量——已經被逐步建立了幾十年。日本的超級神岡探測器在1998年第一個宣布確認該現象。

但物理學家的宇宙指導模型(稱為標準模型)不能解釋為什么中微子有質量。因為他們如此之輕，而且他們的自旋方向導致他們不和賦予所有其他粒子質量的西格斯場相互作用。

這處違和并未使科學家們焦慮。它反而預示未來了對標準模型的修正。“現在已很很清楚，我們需要對標準模型進行擴展來解釋中微子的屬性，” OPERA合作組織的發言人那不勒斯大學物理教授Giovanni De Lellis解釋道，“OPERA的未來項目是對電子、τ中微子和μ中微子的聯合研究。”

盡管還在等待正式發表的最終審查，超級神岡探測器的邁克·尤博士認為結論是扎實的。這些粒子物理實驗的關鍵是確保檢測事件無法用其他更無趣的過程來解釋。尤博士指出OPERA的“(粒子)追蹤的高超品質…使得其他相互作用很難愚弄你。”

關于振蕩的工作還遠未完成。研究者們現在有興趣發現中微子振蕩和反中微子振蕩間的可能區別。在這里發現不對稱性能幫助解釋為什么我的宇宙絕大部分由物質而不是反物質組成。“全世界范圍我們幾乎一致認為這是(中微子)研究最重要的推動力。”尤博士說。

對于一個小到震驚的粒子來說這是很偉岸的影響。

[王丟兜 via Discover]

來源：煎蛋

中科院物理所 2015-08-23 08:56:19