宇宙是什么

8. 草莓味还是巧克力味：中微子振荡的真相

  有一种基本粒子可以弥补标准模型的这一破绽，而且该基本粒子最近在研究领域备受瞩目，它就是中微子。

  其实，在观测中微子的项目刚启动时，就有研究者指出了中微子存在一个令人费解的问题。那就是，从太阳到达地球的中微子，其观测数量只有预测数量的30%～50%。

  研究者对中微子的观测方法其实是各不相同的。与小柴昌俊共同获得诺贝尔物理学奖名誉的雷蒙德·戴维斯的实验、日本的神冈探测器实验、意大利和俄罗斯的实验等，它们观测中微子的方法都不同。但是，无论使用哪种观测方法，其结果中都存在那个令人费解的问题。来自太阳的中微子明明没有在途中减少，但我们却只能观测到30%～50%的中微子。

  这个问题被称为“太阳中微子问题”，它是近40多年来物理学领域的大难题。2002年，以日本东北大学为核心的团队在神冈开展的KamLAND实验解决了这个问题。我本人也参与了这项实验。我们在那里观测到了事先在理论上预测出的“中微子振荡”现象。

  “中微子振荡”是指，在宇宙空间中飞行的中微子，会在途中反复消失和出现的现象。当然，中微子并不是“幽灵”，所以这里的“消失”也不是真正的消失。在基本粒子物理学中，有一个表达粒子状态差异的词语叫作“味”（Flavor），而中微子的“味”一直在“振荡”。

图5-3 中微子振荡的证明

  太阳产生的中微子是电子中微子，所以地球上观测中微子的实验设备都是以观察电子中微子为前提建造的。然而，中微子在到达地球之前有时会变成其他“味”的中微子，有时又变回电子中微子。这就好比，顾客在店里点了草莓味的冰激凌，冰激凌在被送到顾客手中之前，有时是巧克力味的，有时会是草莓味的。因此，顾客最终可能拿到自己所点的草莓味冰激凌，也有可能拿到自己没点的巧克力味冰激凌。不过，无论冰激凌是什么味道，它都是可见的，但观察中微子的实验设备却只能“看到”电子中微子，所以虽然其他“味”的中微子到达了地球，但实验设备却“看不见”它们。