无论是水、石头号非生物,或许植物、人等生物,仍是行星、恒星等天体,这些物体都是由规范模型中的的几种基本粒子组成——夸克、轻子和玻色子。夸克和轻子结合在一起构成质子和中子,由此又构成了原子、分子,甚至微观物体,这些都能被粒子物理规范模型准确描绘。
不过,中微子是个破例。这种粒子的行为十分古怪和共同,它们不同于其他任何粒子,它们是仅有不能单独用规范模型来解说的的规范模型粒子。
粒子的性质
关于一种粒子,它们会有一些本质上清晰的性质,包含:质量、电荷、自旋(内禀角动量)、弱超荷、色荷、重子数、轻子数以及轻子族数。
以电子为例,这是一种带电的轻子,其质量和电荷的值是十分准确的,这些值关于世界中的每一个电子都是相同的。电子的其他值或许是零,例如,色荷和重子数。而其他非零值能够告知咱们有关电子的一些额定信息,例如,电子的自旋可所以+1/2或-1/2,这能标明自由度。
正由于如此,假如把一个电子和一个质子结合起来,电子的自旋和质子的自旋有50%的几率是正向摆放,有50%的几率是反向摆放。一个电子的自旋,相关于所挑选的任何轴(x, y, z,电子的运动方向)是彻底随机的。
正如电子相同,中微子也是轻子。尽管中微子不带电荷,但它们也都有自己的量子数。就像电子有反物质(正电子)相同,中微子也有反物质——反中微子。中微子有三味,分别是电子中微子、μ中微子和τ中微子,并且还有对应三种反中微子。尽管泡利早在1930年就现已初次提出了中微子理论,但直到20多年后,物理学家才初次发现了中微子,并且那次发现其实还涉及到核反应堆发作的反中微子。
异乎寻常的中微子
依据中微子相互作用所发作粒子的性质,物理学家能够重建所观测到的中微子和反中微子的各种性质。其间一个性质异乎寻常,它与规范模型中的其他一切费米子都不共同:自旋。
关于规范模型中的夸克和轻子,它们的自旋都有50%的几率为+1/2或-1/2,但中微子却是破例。无论是中微子,仍是反中微子,它们的自旋都是受限制的。
假定发作一对粒子/反粒子对,无论是电子/反电子对,仍是两个光子(比如光子这样的玻色子,它们是自己的反粒子),它们的自旋可所以+1/2或-1/2,不会受到限制。但是,中微子/反中微子对却会变得很古怪。
物理学家所勘探到的中微子和反中微子都具有极高的能量,这意味着它们的运动速度十分挨近光速,使得无法在试验上测出它们与光速的差异。别的,一切的中微子都是“左撇子”,自旋为+1/2;一切反中微子都是“右撇子”,自旋为-1/2。物理学家没有观测到右旋中微子,也没有观测到左旋反中微子。
中微子的质量
在上个世纪很长一段时间里,中微子都被以为是一种不寻常的东西,由于物理学家以为它们彻底没有质量。粒子加速器、太阳以及世界射线与地球大气层磕碰都会发作中微子,这一系列试验和观测提醒了难以捉摸的中微子的一个独特性质。
试验标明,中微子或反中微子有必定概率会振动成另一味中微子,这便是中微子振动。这种现象发作的或许性取决于许多现在还不清楚的要素,但有一点是必定的,只需当中微子具有质量时,这种行为才有或许发作。尽管中微子或许十分轻,但质量必定对错零的。
但惋惜的是,物理学家现在还不清楚中微子的切当质量是多少。从中微子振动的数据中能够确认,三味中微子中至少有一味的质量不小于0.06电子伏特。另一方面,从世界微波布景和重子声学振动的数据来看,三种中微子的质量小于0.17电子伏特。
中微子的最大疑团
但这会引发一个更大的问题:假如中微子和反中微子都有质量,那么,只需减慢和加速中微子的速度(假如没有质量只能以光速运动),就应该有或许把一个左旋中微子变成一个右旋粒子。
已然一切的中微子都是左旋的,而一切的反中微子都是右旋的,这是否意味着咱们能够经过改动视角把一个左旋中微子变成一个右旋的反中微子呢?或许这意味着右旋中微子和左旋反中微子是存在的,但远超咱们现在的勘探才能?
总结
解开这些问题能够翻开一扇新的物理学大门,这或许还有助于揭开另一大世界疑团——为什么世界是由物质而不是反物质构成。依据世界大爆炸理论,在世界诞生1秒时,发作了很多的中微子和反中微子。这些粒子至今还在世界中穿行,世界中微子布景辐射也许是研讨中微子的关键所在。但在现在,中微子仍然是粒子物理规范模型中的最大疑团。