行為奇特的中微子能解釋宇宙中物質(zhì)的存在嗎？

　　然而，所謂“完全等量”的說法正是難題的癥結(jié)所在。在大爆炸之后的短暫時間里，宇宙充滿了能量。隨著宇宙的膨脹和冷卻，這些能量應該轉(zhuǎn)化為等量的物質(zhì)和反物質(zhì)亞原子粒子，后者應該是今天能觀察到的。然而，我們的宇宙基本上完全由物質(zhì)構(gòu)成，這怎么可能呢？

 

　　科學家通過計算宇宙中原子的數(shù)量，并與我們所見的能量進行比較，確定這種“完全等量”的說法并不完全正確。不知何故，在宇宙誕生后約萬億份之一秒時，自然法則向物質(zhì)這邊稍微傾斜了一下。對于每3，000，000，000個反物質(zhì)粒子，就有3，000，000，001個對應的物質(zhì)粒子。30億個物質(zhì)粒子和30億個反物質(zhì)粒子結(jié)合并湮滅，釋放出能量，剩余的物質(zhì)粒子組成了我們今天所見到的宇宙。

 

　　在將近一個世紀前理解了這一謎題之后，物理學家便一直在研究物質(zhì)和反物質(zhì)，試圖在亞原子粒子中發(fā)現(xiàn)可以某些行為，來解釋為什么物質(zhì)會多于反物質(zhì)。他們確信物質(zhì)和反物質(zhì)的數(shù)量是相等的，但也觀察到一類被稱為夸克的亞原子粒子表現(xiàn)出略微偏向物質(zhì)（而非反物質(zhì)）的行為。對這一行為的測量十分微妙，涉及到一類被稱為K介子的粒子，它可以從物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉次镔|(zhì)，然后再轉(zhuǎn)變回來。但是，與反向過程相比，從物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉次镔|(zhì)的情況略有不同。這一現(xiàn)象——CP對稱被破壞——出乎科學界的意料，并且使發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象的物理學家獲得了1980年的諾貝爾物理學獎。然而，這一現(xiàn)象發(fā)生的程度還不足以解釋為什么物質(zhì)在今天的宇宙中占主導地位。

 

　　幽靈般的中微子束

 

　　因此，科學家將注意力投向了中微子，觀察它們的行為是否能解釋多余的物質(zhì)。中微子是亞原子世界中的幽靈，只通過弱核力相互作用，能夠在穿過物質(zhì)的同時幾乎不與其發(fā)生相互作用。中微子可以通過放射性衰變和核反應等方式產(chǎn)生，而太陽內(nèi)部時時刻刻都在發(fā)生著核反應。據(jù)計算，地球面向太陽區(qū)域每秒鐘在每平方厘米上都會穿過大約650億個來自太陽的中微子。如果你想讓自己免受一半太陽中微子的影響，就需要一塊厚度達5光年的固體鉛。中微子確實不怎么會與物質(zhì)粒子相互作用。

 

　　在1998年至2001年間，一系列實驗——有的使用超級神岡探測器，有的使用加拿大安大略省薩德伯里中微子觀測站的探測器（SNO探測器）——證實，中微子還具有另一種令人驚奇的行為：它們能改變自己的“身份”。

 

　　物理學家知道中微子可以分為三種，即有三種“味”：電中微子、μ中微子和τ中微子。電中微子總是伴隨著電子，而μ中微子和τ中微子非常像電子，但更重且不穩(wěn)定。這三種中微子可以互相轉(zhuǎn)化，科學家將這種轉(zhuǎn)化過程稱為“中微子振蕩”。

 

　　中微子振蕩是一種獨特的量子現(xiàn)象。想象一下，你買了一個香草冰淇淋，當你去拿了一把勺子回來后，發(fā)現(xiàn)冰淇淋變成了一半香草和一半巧克力的口味。中微子的轉(zhuǎn)化過程是從一個味變成不同味的混合，再變成完全不同的味，之后又轉(zhuǎn)變?yōu)樵瓉淼奈丁?/div>