​为什么物理学家一直在坚持不懈的寻找最奇怪的幽灵粒子

每一天，每一秒，你都被来自太空深处的数以万亿计的亚原子粒子轰炸，它们像宇宙飓风一样穿过你，以接近光速的速度冲击。它们从天空的各个角落，不分昼夜地涌来。它们像黄油一样穿透地球的磁场和我们的保护层。然而，你头顶上的头发却没有被吹乱。

这是怎么回事？这些微小的子弹被称为中微子，这个词是由杰出的物理学家恩里科·费米在1934年创造的。这个词是意大利语中“小中性的”一词的模糊说法，它们的存在是为了解释一种非常奇特的核反应。有时候，元素会感觉有点……不稳定。如果它们被单独放置太久，它们就会分裂并转变成另一种东西，一种在元素周期表上稍微轻一点的东西。此外，还会弹出一个小电子。但是在20世纪20年代，对这些衰变的仔细和详细的观察发现了微小的差异。过程开始时的总能量比出来的能量稍微大一点。数学不合理。奇怪。

于是，一些物理学家凭空造出了一种全新的粒子。一种能带走缺失的能量的东西。一种小的，轻的，没有电荷的东西。一种能够悄无声息地穿过他们的探测器的东西。

一个小的，中性的东西，一个中微子。

它们的存在要到几十年后才得到证实——它们就是这么滑溜，狡猾，鬼鬼祟祟的。但是在1956年，中微子加入了已知的，被测量的，被证实的粒子的庞大家族。然后事情变得奇怪了。

麻烦的开始是在发现了μ子，这恰好发生在中微子的想法开始流行的同一时期：20世纪30年代。μ子几乎和电子一模一样。同样的电荷。同样的自旋。但它在一个关键的方面不同：它更重，比它的兄弟姐妹，电子，重200多倍。

μ子参与它们自己特有的反应，但不会持续很久。由于它们的惊人体积，它们非常不稳定，很快就会衰变成一堆更小的碎片（这里的“很快”意味着在一两微秒内）。

这一切都很好，那么μ子为什么会和中微子的故事有关呢？

物理学家注意到，暗示中微子存在的衰变反应总是会弹出一个电子，而不是一个μ子。在其他反应中，μ子会弹出，而不是电子。为了解释这些发现，他们推断，中微子总是和电子在这些衰变反应中匹配（而不是任何其他种类的中微子），而电子，μ子必须和一种尚未发现的中微子类型配对。毕竟，亲电子的中微子无法解释来自μ子事件的观察结果。[怪异物理学：自然界中最酷的小粒子]

于是，他们继续寻找。一直寻找。一直寻找。直到1962年，物理学家们才最终锁定了第二种中微子。它最初被称为“neutretto”，但更理性的头脑占了上风，用一种叫做μ子中微子的方案来命名它，因为它总是在反应中和μ子配对。

好吧，所以有两种已经确认的中微子。自然界还有更多的东西等着我们吗？1975年，斯坦福直线加速器中心的研究人员勇敢地筛选了大量的单调数据，揭示了一种比敏捷的电子和沉重的μ子更重的兄弟：庞大的τ子，它的质量是电子的3500倍。这是一个很大的粒子！

所以，问题立刻变成了：如果有三种粒子，电子，μ子和τ子……是否还有第三种中微子，与这个新发现的生物配对？

也许有，也许没有。也许只有两种中微子。也许有四种。也许有17种。自然界并没有完全符合我们以前的期望，所以现在也没有理由开始。

跳过许多令人毛骨悚然的细节，在几十年的时间里，物理学家们用各种实验和观察说服自己，第三种中微子应该存在。但直到千年之交，2000年，费米实验室专门设计的一项实验（幽默地称为DONUT实验，即NU Tau的直接观察，不，我不是在编造）才得到足够的证实，才有权利声称检测到了。

那么，我们为什么如此关心中微子呢？为什么我们追逐它们超过70年，从二战前到现代？为什么几代科学家都对这些小的，中性的东西如此着迷？

原因是，中微子继续超出我们的期望。很长一段时间，我们甚至不确定它们是否存在。很长一段时间，我们相信它们是完全没有质量的，直到实验令人恼火地发现它们必须有质量。确切地说，“多少”仍然是一个现代问题。而且，中微子在旅行时有着改变性格的讨厌习惯。没错，当一个中微子在飞行中，它可以在三种味道之间切换面具。

甚至可能还有一种中微子在那里，它不参与任何通常的相互作用——一种被称为无味中微子的东西，物理学家们正饥渴地寻找它。

换句话说，中微子不断挑战我们对物理学的一切认识。如果有一件事我们需要的话，无论是过去还是未来，那就是一个好的挑战。