發(fā)現(xiàn)中微子振蕩

李玉峰

2015年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予日本科學(xué)家棍田隆章（Takaaki Kaiita）和加拿大科學(xué)家麥克唐納（ArthurB.McDonald），獎(jiǎng)勵(lì)他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)中微子振蕩現(xiàn)象，從而證明中微子具有非零的靜止質(zhì)量。

1998年6月棍田隆章代表日本的超級(jí)神岡探測(cè)器（Super Kamiokande）在“國(guó)際中微子物理和天文學(xué)大會(huì)”（Neutrino98）上首次確鑿地給出高能宇宙線在地球大氣層產(chǎn)生的大氣中微子的消失現(xiàn)象；2001-2002年間，麥克唐納領(lǐng)導(dǎo)的加拿大薩德伯里中微子天文臺(tái)（Sudbury Neutrino Observatory，SNO）發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)核心核聚變產(chǎn)生的電中微子也出現(xiàn)了消失現(xiàn)象，并且首次證明丟失的中微子變成了其他類(lèi)型中微子，從而解決了持續(xù)三十余年的“太陽(yáng)中微子失蹤之謎”。

作為自然界最神秘的基本粒子，中微子曾多次進(jìn)入普通公眾的視野。災(zāi)難電影《2012》描述了地球世界末日發(fā)生時(shí)驚心動(dòng)魄的場(chǎng)景，“災(zāi)難制造者”中微子也廣為人知；作家劉慈欣的暢銷(xiāo)科幻小說(shuō)《三體》描述了使用中微子進(jìn)行星系間通信的美好場(chǎng)景；2011年發(fā)生的OEPRA實(shí)驗(yàn)中微子超光速鬧劇，由于其震撼性，迅速超越科學(xué)領(lǐng)域，被普通公眾廣泛關(guān)注。最終此次事件以電線插頭的錯(cuò)誤而結(jié)束，OEPRA實(shí)驗(yàn)組的發(fā)言人也被迫辭職，令人唏噓。

公眾對(duì)中微子的印象略顯片面、夸張并且有失真實(shí)性。太陽(yáng)核心燃燒產(chǎn)生的中微子如果能傳到太陽(yáng)表面從而到達(dá)地球，必將暢通無(wú)阻地穿過(guò)地球，而能產(chǎn)生《2012》場(chǎng)景的中微子在到達(dá)地球之前已經(jīng)可以使太陽(yáng)自身發(fā)生爆炸。中微子可以穿過(guò)任何物體的阻擋，因而可以作為傳遞信息的理想載體，但另一方面也正由于其難以捕獲，短期內(nèi)無(wú)法作為實(shí)用的通信工具。

中微子與諾貝爾獎(jiǎng)

中微子物理似乎一直是諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的寵兒，在介紹2015年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)工作前，先來(lái)回顧一下前三次中微子與諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的故事。

1930年。為了解決原子核衰變中能量不守恒問(wèn)題，奧地利物理學(xué)家泡利（Wolfgang Pauli）首次提出自然界存在中性微小粒子的假說(shuō)，后來(lái)費(fèi)米（EnmcoFermi）將其命名為中微子。1956年，美國(guó)物理學(xué)家萊因斯（Frederick Reines）和考恩（Clyde Cowan）首次通過(guò)核反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)證實(shí)了中微子的存在。萊因斯因此獲得1995年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，考溫已于1974年不幸逝世。

1950年代，意大利物理學(xué)家蓬捷科爾沃（BrunoPonteeorvo）提出伴隨u子產(chǎn)生的中微子不同于原子核衰變產(chǎn)生的中微子的想法，并建議使用新建的加速器進(jìn)行驗(yàn)證。1962年，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的萊德曼（Leon Lederman）、施瓦茨（Melvin Schwartz）和施泰因貝格爾（Jack Steinberger）等人，用高能質(zhì)子束打擊鈹靶產(chǎn)生1T介子，并控制π介子的衰變以產(chǎn)生中微子束流。觀察結(jié)果表明，伴隨π介子衰變所產(chǎn)生的中微子，與原子核衰變中所產(chǎn)生的中微子是不同的；稱前者為u中微子，后者為電中微子。1988年，萊德曼、施瓦茨和施泰因貝格爾因u中微子的發(fā)現(xiàn)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1946年，蓬捷科爾沃提出使用反衰變的方法直接測(cè)量中微子，并建議使用氯原子核進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。美國(guó)化學(xué)家戴維斯（Raymond Davis）使用此方法進(jìn)行了一系列嘗試，在多年探測(cè)反應(yīng)堆中微子無(wú)果后，轉(zhuǎn)而進(jìn)行太陽(yáng)中微子的測(cè)量，最終于1968年使用盛滿純四氯乙烯的容器做探測(cè)器首次觀測(cè)到太陽(yáng)內(nèi)部核聚變產(chǎn)生的中微子。1987年2月23日，日本物理學(xué)家小柴昌?。∕asatoshi Koshiba）領(lǐng)導(dǎo)的神岡中微子探測(cè)器（Kamiokande）捕獲到大麥哲倫星云爆發(fā)的超新星發(fā)出的11個(gè)中微子。因太陽(yáng)中微子和超新星中微子的探測(cè)，戴維斯和小柴昌俊獲得2002年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

消失的中微子：中微子去哪了

失蹤的太陽(yáng)中微子

太陽(yáng)給人類(lèi)帶來(lái)賴以生存的光和熱，但是其能量究竟來(lái)自哪里，一直是人類(lèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、物理學(xué)家貝特（Hans Bethe）在1939年提出氫核聚變的物理機(jī)制，指出在太陽(yáng)核心高溫高密度區(qū)域，氫原子核有條件發(fā)生聚變反應(yīng)，從而放出大量的能量，此后經(jīng)過(guò)數(shù)萬(wàn)年的傳遞，熱量才可以從太陽(yáng)核心傳遞到太陽(yáng)表面，成為可以直接輻射地球的“太陽(yáng)光”。這個(gè)理論看起來(lái)很完美，但是我們終究無(wú)法深入到太陽(yáng)內(nèi)部去探究其發(fā)生的具體過(guò)程。幸虧還有中微子，這種自然界無(wú)處不在的幽靈粒子也存在于太陽(yáng)聚變?nèi)紵磻?yīng)中，科學(xué)家稱這種中微子為“太陽(yáng)中微子”。太陽(yáng)中微子可以幾乎不受影響地以接近光速的速度從太陽(yáng)內(nèi)部傳播到表面，最終到達(dá)地球。在地球表面，每秒有上萬(wàn)億的中微子穿過(guò)每個(gè)人的身體。

早在1968年戴維斯探測(cè)到太陽(yáng)中微子之時(shí)，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)探測(cè)到的中微子數(shù)目只有理論計(jì)算數(shù)值的1/3左右。太陽(yáng)中微子的理論計(jì)算來(lái)自于戴維斯的親密合作者、天體物理學(xué)家巴考爾（John Bahcall）。利用一種太陽(yáng)演化的精細(xì)計(jì)算模型，巴考爾及其同事計(jì)算了不同能量的太陽(yáng)中微子到達(dá)地球的數(shù)目。由于太陽(yáng)中微子會(huì)與氯元素發(fā)生反應(yīng)并釋放出放射性氬原子。所以他們還計(jì)算了戴維斯實(shí)驗(yàn)中盛滿四氯乙烯的巨桶中氬原子的個(gè)數(shù)。巴考爾預(yù)測(cè)太陽(yáng)中微子每天能產(chǎn)生大約1，5個(gè)氬原子。精于化學(xué)微量元素提純的戴維斯可以直接提取這些含量極其微小的反應(yīng)產(chǎn)物。通過(guò)每?jī)蓚€(gè)月左右進(jìn)行一次測(cè)量，發(fā)現(xiàn)探測(cè)器每天產(chǎn)生約0，5個(gè)氬原子。理論和實(shí)驗(yàn)存在3倍的差距，這被稱為“太陽(yáng)中微子失蹤之謎”。

戴維斯的實(shí)驗(yàn)持續(xù)了20余年。一直運(yùn)行到1995年。實(shí)驗(yàn)結(jié)果保持穩(wěn)定，每天產(chǎn)生0，5個(gè)左右的氬原子。此外，意大利和蘇聯(lián)的兩個(gè)鎵原子核探測(cè)器、小柴昌俊的神岡中微子探測(cè)器也都進(jìn)行了太陽(yáng)中微子的探測(cè)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)目都小于太陽(yáng)模型理論計(jì)算數(shù)目?；谶@些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，科學(xué)家不禁發(fā)問(wèn)：太陽(yáng)中微子到底去哪了？是理論計(jì)算的錯(cuò)誤，還是實(shí)驗(yàn)測(cè)量錯(cuò)了？或者說(shuō)兩者都沒(méi)錯(cuò)，只是太陽(yáng)中微子在產(chǎn)生和探測(cè)之間發(fā)生了變化？

大氣中微子反常

在孜孜以求地尋找“太陽(yáng)中微子失蹤之謎”答案的同時(shí)，柳暗花明、殊途同歸的一幕出現(xiàn)了。大氣中微子的研究為太陽(yáng)中微子失蹤問(wèn)題的解決提供了意料之外的支持。

1960年代，描述弱相互作用和電磁相互作用的弱電統(tǒng)一理論已經(jīng)確立；1970年代，同時(shí)描述弱相互作用、強(qiáng)相互作用以及電磁相互作用的大統(tǒng)一模型的理論研究也有了關(guān)鍵進(jìn)展。大統(tǒng)一理論預(yù)測(cè)質(zhì)子可以發(fā)生衰變，所以科學(xué)家開(kāi)始考慮測(cè)量質(zhì)子衰變的可能性。這其中就包括小柴昌俊領(lǐng)導(dǎo)的神岡探測(cè)器以及萊因斯領(lǐng)導(dǎo)的美國(guó)IMB（Irvine—Michigan—Brookhaven）實(shí)驗(yàn)。但直到今天，包括后來(lái)的超級(jí)神岡探測(cè)器等所有的觀測(cè)都沒(méi)有找到質(zhì)子衰變發(fā)生的證據(jù)。

高能宇宙線和大氣中的原子核相互作用，可以產(chǎn)生大量高能π介子，π介子接下來(lái)經(jīng)過(guò)兩級(jí)衰變，可以產(chǎn)生電中微子和u中微子，科學(xué)家稱之為“大氣中微子”。1965年，位于印度和南非的兩個(gè)廢棄金礦中的閃爍體探測(cè)器首次測(cè)量到大氣中微子的信號(hào)。到1980年代，為了得到質(zhì)子衰變研究所需排除的背景信號(hào)，神岡和IMB的兩個(gè)探測(cè)器也觀測(cè)到大氣中微子信號(hào)。出乎大家意料的是，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到大氣中微子的事例數(shù)都小于理論計(jì)算數(shù)值，中微子消失的問(wèn)題再一次出現(xiàn)了。但與此同時(shí)，另外幾個(gè)大氣中微子實(shí)驗(yàn)。包括意大利的NUSEX實(shí)驗(yàn)和法國(guó)的Frejus實(shí)驗(yàn)，都沒(méi)有觀測(cè)到大氣中微子的消失現(xiàn)象。基于當(dāng)時(shí)的這種狀況，科學(xué)家把神岡和IMB的實(shí)驗(yàn)結(jié)果稱為“大氣中微子反常”。

黎明前的黑暗

1980年代到1990年代初，太陽(yáng)中微子和大氣中微子的研究百家爭(zhēng)鳴。太陽(yáng)中微子失蹤之謎從1968年開(kāi)始已經(jīng)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，雖然不同的實(shí)驗(yàn)都觀測(cè)到太陽(yáng)中微子的消失現(xiàn)象，但對(duì)于消失幅度的定量數(shù)據(jù)，幾個(gè)實(shí)驗(yàn)并不相同；大氣中微子的觀測(cè)也沒(méi)有給出中微子消失原因的一致結(jié)論。與此同時(shí)，粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型通過(guò)了所有實(shí)驗(yàn)的精確測(cè)量檢驗(yàn)，在各個(gè)方面被證實(shí)可以非常準(zhǔn)確地描述粒子世界。因此，許多保守的物理學(xué)家堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)模型的完備性，認(rèn)為太陽(yáng)中微子和大氣中微子的消失現(xiàn)象應(yīng)該來(lái)自太陽(yáng)中微子和大氣中微子的理論計(jì)算或者實(shí)驗(yàn)觀測(cè)方面的錯(cuò)誤，拒絕承認(rèn)中微子失蹤現(xiàn)象是源于中微子的振蕩效應(yīng)。為了澄清這些疑難，中微子物理的研究亟需可以提供決定性結(jié)果的實(shí)驗(yàn)?；诖耍毡镜某?jí)神岡探測(cè)器和加拿大的SNO探測(cè)器應(yīng)運(yùn)而生。

中微子消失：決定性的實(shí)驗(yàn)

到1990年代末，太陽(yáng)中微子失蹤之謎已經(jīng)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，但是率先取得突破的反而是10年前發(fā)現(xiàn)的大氣中微子反?，F(xiàn)象。1998年，日本的超級(jí)神岡探測(cè)器率先給出了大氣中微子振蕩存在的決定性證據(jù)；四年后，加拿大的SNO探測(cè)器給出太陽(yáng)中微子振蕩存在的證據(jù)，一舉解決困擾科學(xué)家34年之久的太陽(yáng)中微子失蹤之謎。

超級(jí)神岡探測(cè)器：開(kāi)創(chuàng)中微子的黃金時(shí)代

也許是大自然的青睞，在小柴昌俊退休前的兩個(gè)月，銀河系衛(wèi)星星系之一的大麥哲倫星云爆發(fā)了一顆超新星。得益于神岡中微子探測(cè)器不久前的升級(jí)，也得益于這顆超新星離地球足夠近，神岡探測(cè)器記錄了11個(gè)寶貴的超新星中微子事例。這不僅導(dǎo)致了小柴昌俊2002年的諾貝爾物理獎(jiǎng)，也促進(jìn)新一代的超級(jí)神岡探測(cè)器成功上馬。

超級(jí)神岡探測(cè)器于1991年開(kāi)始建造，1996年完成。它采用了神岡探測(cè)器同樣的技術(shù)，比神岡探測(cè)器大20倍，共使用5萬(wàn)噸純凈水和13000個(gè)光電倍增管，在當(dāng)時(shí)是當(dāng)之無(wú)愧的旗艦實(shí)驗(yàn)裝置。超級(jí)神岡探測(cè)器的兩個(gè)主要負(fù)責(zé)人是小柴昌俊的學(xué)生戶塚洋二（YoiiTotsuka）和棍田隆章，戶塚洋二負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的建造和運(yùn)行，而棍田隆章領(lǐng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析。超級(jí)神岡探測(cè)器對(duì)大氣中微子進(jìn)行了高精度的測(cè)量，1998年6月棍田隆章代表合作組在日本高山舉行的“國(guó)際中微子大會(huì)”上報(bào)告，實(shí)驗(yàn)以確鑿的證據(jù)發(fā)現(xiàn)了大氣中微子振蕩。

超級(jí)神岡探測(cè)器分別測(cè)量了來(lái)自于探測(cè)器上方和下方的u中微子事例。由于地球大氣層的球?qū)ΨQ性，如果中微子在傳播中沒(méi)有發(fā)生變化，來(lái)自上下兩個(gè)方向的中微子應(yīng)該相同。但是，實(shí)驗(yàn)顯示中微子事例存在很明顯的上下不對(duì)稱，來(lái)自下方的中微子明顯變少了。這表明大氣中微子在穿過(guò)整個(gè)地球時(shí)消失了，消失的比例和中微子能量以及穿過(guò)的距離有關(guān)，與中微子振蕩模型的理論預(yù)測(cè)一致。后續(xù)的研究表明丟失的u中微子絕大部分都轉(zhuǎn)換成了T中微子。1998年超級(jí)神岡探測(cè)器的結(jié)果不依賴于大氣中微子的理論計(jì)算，并且在一定程度上也不依賴探測(cè)器的誤差，以確鑿的證據(jù)證明中微子振蕩的存在?？茖W(xué)家最終相信自然界確實(shí)存在中微子振蕩現(xiàn)象，1998年也被稱為“中微子振蕩元年”，標(biāo)志著中微子研究黃金時(shí)代的到來(lái)。

因?yàn)槌?jí)神岡探測(cè)器發(fā)現(xiàn)大氣中微子的振蕩現(xiàn)象，棍田隆章獲得2015年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。而小柴昌俊的另一個(gè)學(xué)生戶塚洋二在2008年因病逝世，錯(cuò)失獲獎(jiǎng)機(jī)會(huì)。

SNO探測(cè)器：掃清持續(xù)34年的陰霾

為了尋找太陽(yáng)中微子失蹤的答案，并最終驗(yàn)證太陽(yáng)模型理論計(jì)算的正確性，太陽(yáng)中微子實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行獨(dú)立于太陽(yáng)模型的全新觀測(cè)。首先找到問(wèn)題解決方案的是華人物理學(xué)家陳華森（Herbert Hwa Chen）。受神岡探測(cè)器用純水作為探測(cè)媒介的啟發(fā)，陳華森于1984年提出使用重水探測(cè)太陽(yáng)中微子的方案，并從開(kāi)始階段就作為發(fā)言人領(lǐng)導(dǎo)SNO探測(cè)器的設(shè)計(jì)。使用重水不僅能測(cè)量到達(dá)地球的電中微子數(shù)目，還可以同時(shí)測(cè)量所有類(lèi)型中微子的總和，從而可以對(duì)是否存在中微子從電子型到其他類(lèi)型的轉(zhuǎn)換給出確定的結(jié)論。非常不幸的是陳華森于1987年因病逝世，錯(cuò)失繼續(xù)領(lǐng)導(dǎo)并建造SNO探測(cè)器的機(jī)會(huì)。1987年后，加拿大人麥克唐納開(kāi)始領(lǐng)導(dǎo)SNO探測(cè)器項(xiàng)目。

SNO探測(cè)器從1990年開(kāi)始動(dòng)工建設(shè)，1999年5月建成并開(kāi)始運(yùn)行。該探測(cè)器位于加拿大薩德伯里地下2公里的一處廢棄鎳礦內(nèi)，直徑30米的地下探測(cè)器大廳內(nèi)安放有直徑12米的有機(jī)玻璃球型探測(cè)器，探測(cè)器內(nèi)裝有1000噸重水，并安裝1萬(wàn)個(gè)光電倍增管作為光信號(hào)探測(cè)單元。

2001-2002年，SNO探測(cè)器首次觀測(cè)到電中微子和所有類(lèi)型中微子的數(shù)目，結(jié)果表明所有中微子的總和與太陽(yáng)模型預(yù)測(cè)的一致。其中電中微子只相當(dāng)于總量的35%，其他的65%為y中微子和T中微子。

由于太陽(yáng)核聚變只能產(chǎn)生電中微子，因此SNO探測(cè)器結(jié)果表明。在中微子傳播過(guò)程中，電中微子并沒(méi)有真正失蹤，而是轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗鈨煞N類(lèi)型的中微子。至此，困擾科學(xué)家34年的“太陽(yáng)中微子失蹤之謎”最終解決了。由于SNO探測(cè)器能夠直接比較電中微子和全部中微子，它首次在獨(dú)立于太陽(yáng)模型的條件下證明中微子振蕩效應(yīng)的存在。因?yàn)镾NO探測(cè)器發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)中微子的振蕩現(xiàn)象，麥克唐納獲得2015年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

中微子振蕩：理論的解釋

粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)中微子是無(wú)質(zhì)量的粒子，也不存在發(fā)生中微子類(lèi)型轉(zhuǎn)化的振蕩效應(yīng)。中微子振蕩效應(yīng)的存在表明中微子具有非零質(zhì)量以及存在混合效應(yīng)，進(jìn)一步表明粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型是不完備的，需要在某些方面進(jìn)行擴(kuò)充以滿足中微子振蕩效應(yīng)。

1957年，受K介子振蕩現(xiàn)象的啟示，蓬捷科爾沃提出中微子與反中微子之間轉(zhuǎn)化的可能性。1968年，在得知戴維斯的太陽(yáng)中微子實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，蓬捷科爾沃提出不同類(lèi)型中微子之間發(fā)生轉(zhuǎn)化的振蕩理論。

中微子振蕩是一種基本粒子問(wèn)的宏觀量子相干現(xiàn)象。發(fā)生相互作用的中微子態(tài)，即前面提到的不同類(lèi)型的中微子，和傳播過(guò)程的中微子態(tài)之間存在混合現(xiàn)象，而產(chǎn)生和探測(cè)過(guò)程中的中微子態(tài)是不同質(zhì)量的中微子態(tài)的相干疊加。在傳播過(guò)程中不同質(zhì)量的中微子態(tài)具有不同的傳播相位，由于中微子傳播相位的差別，初態(tài)產(chǎn)生過(guò)程和末態(tài)探測(cè)過(guò)程的中微子態(tài)也就存在不同。從產(chǎn)生到探測(cè)過(guò)程，中微子發(fā)生了不同類(lèi)型間的轉(zhuǎn)換。

大氣中微子的振蕩現(xiàn)象可以用u中微子到T中微子的振蕩來(lái)解釋。太陽(yáng)中微子振蕩具有進(jìn)一步的復(fù)雜性。由于太陽(yáng)內(nèi)部的物質(zhì)密度很大，中微子和物質(zhì)相互作用可以改變傳播過(guò)程的中微子混合的大小，并且改變的程度與中微子能量相關(guān)。這就可以解釋不同能量的太陽(yáng)中微子發(fā)生不同的振蕩行為，并且和前面提到的不同類(lèi)型實(shí)驗(yàn)的太陽(yáng)中微子消失幅度不同相一致。

反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)后來(lái)居上

1998年超級(jí)神岡探測(cè)器發(fā)現(xiàn)大氣中微子振蕩現(xiàn)象，2002年SNO解決太陽(yáng)中微子失蹤之謎，中微子研究開(kāi)啟了黃金時(shí)代。一時(shí)間，很多實(shí)驗(yàn)都開(kāi)始中微子振蕩的測(cè)量，包括太陽(yáng)中微子和大氣中微子實(shí)驗(yàn)、反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)以及加速器中微子實(shí)驗(yàn)。其中，反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)對(duì)我們理解中微子振蕩行為起到了關(guān)鍵作用。

日本的KamLAND（Kamioka Liquid ScintillatorAnti-Neutrino Detector）是為了驗(yàn)證太陽(yáng)中微子振蕩而設(shè)計(jì)的反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)裝置。探測(cè)器位于原來(lái)神岡中微子探測(cè)器的舊址。2002年12月，KamLAND首次公布了一年實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)中微子在傳播過(guò)程中也發(fā)生了失蹤現(xiàn)象，并且失蹤中微子的比例與太陽(yáng)中微子的振蕩行為相符。此后KamLAND利用更多的數(shù)據(jù)，在2004年首次觀測(cè)到不同能量中微子的振蕩行為，并直接給出反應(yīng)堆中微子的振蕩曲線。

太陽(yáng)中微子和大氣中微子的振蕩代表兩種不同的中微子振蕩模式，而理論預(yù)測(cè)中微子還存在第三種振蕩模式，其振蕩行為依賴于全新的中微子參數(shù)的大小直接決定中微子振蕩中電荷宇稱破壞的幅度，是利用中微子解釋宇宙物質(zhì)反物質(zhì)不對(duì)稱的必要條件。我國(guó)的大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)在這方面做出了開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)。大亞灣實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)器建造在距離反應(yīng)堆2公里處，用來(lái)研究反應(yīng)堆中微子的振蕩行為。此外，大亞灣實(shí)驗(yàn)還在距離反應(yīng)堆300-500米的地方放置了另外兩組探測(cè)器，用以監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆發(fā)出的原初中微子數(shù)目。2012年3月，利用遠(yuǎn)近點(diǎn)探測(cè)器之間的直接對(duì)比，實(shí)驗(yàn)首次給出第三種振蕩模式存在的證據(jù)，并測(cè)量了中微子參數(shù)的大小，為后續(xù)中微子物理的研究打通了康莊大道。

結(jié)束語(yǔ)

從1998年開(kāi)始，中微子振蕩的研究蓬勃發(fā)展：展望未來(lái)，中微子領(lǐng)域還有若干未解之謎等待科學(xué)家去解決，最關(guān)鍵的問(wèn)題包括測(cè)量中微子的質(zhì)量順序以及電荷宇稱破壞相位等。

我國(guó)新一代的江門(mén)反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)就是為解決中微子質(zhì)量順序問(wèn)題而建造的。在質(zhì)量順序測(cè)量方面，還有韓國(guó)的REN050、印度的INO、美國(guó)在南極建造的PINGU以及法國(guó)在地中海建造的ORCA等實(shí)驗(yàn)。另一方面。電荷宇稱破壞相位的測(cè)量是未來(lái)加速器長(zhǎng)基線中微子實(shí)驗(yàn)的首要目標(biāo)，在這個(gè)領(lǐng)域有日本的超超級(jí)神岡探測(cè)器（Hyper-Kamiokande）和美國(guó)的LBNF/DUNE加速器中微子實(shí)驗(yàn)?？梢灶A(yù)期未來(lái)20年中微子物理的研究將持續(xù)蓬勃發(fā)展。將會(huì)有更多中微子的秘密被揭開(kāi)，期待我國(guó)對(duì)中微子感興趣的年輕人踴躍加入這個(gè)令人心潮澎湃的科學(xué)領(lǐng)域。