王俊卿　李梦飞

北京时间10月6日下午5点45分。2015年诺贝尔物理学奖揭晓。日本科学家梶田隆章和加拿大科学家阿瑟·麦克唐纳共同分享了该奖项，获奖理由是他们发现了中微子振荡。表明中微子具有质量。这也是粒子物理领域第19次获得诺贝尔物理学奖。

1998年。日本科学家梶田隆章通过实验发现。某种中微子从宇宙到达位于日本本州岛中部的超级神冈中微子探测器途中。似乎发生了状态改变。这暗示中微子可能与宇宙射线之间存在某种反应。同时在地球的另一端。加拿大的以阿瑟。麦克唐纳为首的研究小组也在萨德伯里的中微子天文台对来自太阳的中微子进行研究。通过实验也证明了中微子在抵达探测器前发生了状态改变。这两项实验成果揭示了一个共同理论。即中微子可以改变其种类特征。无论这种粒子多么微小都具有质量。这种现象后来被称为“中微子振荡”。棍田隆章和阿瑟。麦克唐纳的研究揭开了中微子振荡之谜。

中微子是什么

中微子是构成物质世界的基本粒子之一。从字面来理解。“中”是指粒子呈“电中性”。“微”是对这种粒子体量的描述。这是一种中性的微小粒子。因此得名“中微子”。中微子无处不在。从恒星内部的核反应到超新星的爆发。从宇宙射线与地球大气层的撞击到核反应堆的运行。甚至地球上岩石等各种物质的衰变。都能产生中微子。由于它们不带电且几乎不与其他物质发生相互作用。很难被捕捉观测到。因此中微子是基本粒子中人类所知最少的一种。又被称为“幽灵粒子”。

中微子研究的核心：中微子振荡

中微子有一个特殊的性质。即它可以在接近光速的飞行中从一种类型转变成另一种类型。通常称为中微子振荡。也称为不同类型的中微子的混合。也许你会发现这个概念很难理解。我们不妨做个比喻。假设中微子这种基本粒子是一群学生。他们一起参加高考。最终通过考试的人数不变。但最终进入本地的大学生只有人数的1/3，其他的考生去哪里了呢？这就是中微子丢失之谜。后来人们才发现。有的考生成为了外地高校生，有的则成为了留学生。这就叫中微子振荡。科学家们用中微子的混合参数来描述中微子之间相互转变的规律。1957年。苏联理论物理学家庞帝柯夫首先提出“中微子振荡”猜想。认为中微子与反中微子在一定条件下可以相互转化。局限于历史条件。这一想法并不准确。但其思想导致了现代的中微子振荡理论：“如果中微子质量不严格为零。且中微子的质量本征态与弱作用本征态不同。根据量子力学原理。不同的中微子之间将可以相互转换。”这也是判断中微子质量是否为零的方法。中微子是否存在质量成为中微子研究中的一个关键议题。

在原先的模型中。中微子是以光速运动的没有质量的一种粒子。此次这两位诺贝尔奖获得者用实验证明了中微子是有质量的。打破了粒子标准物理模型的研究体系，首次证明了存在粒子物理标准模型以外的粒子模型。从而使得粒子物理研究领域得到了极大的拓展。中微子振荡的研究成果。为物理学特别是粒子物理学的研究打开了一扇门。

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