中微子的秘密，已知宇宙中最奇怪的粒子之一

如何解决像中微子这样的问题？

中微子也许是宇宙中最神秘的粒子。中微子最初是在20世纪50年代发现的，是放射性衰变的产物，但也在核聚变反应中产生。因此，大量的中子是通过我们恒星核心的pp链和CNO核聚变过程产生的。这使得太阳成为做中微子天文学的完美候选人。但是，当我们在1960年代首次开始观测太阳中微子时，揭示了神秘的被称为太阳中微子问题。这个问题的解决方案直到20世纪90年代末才被证明，它表明中微子比我们想像的要奇怪得多。

太阳中微子问题起因于我们从太阳观察到的中微子的量约为预期量的三分之一。这意味着我们对太阳核聚变的理解是非常错误的，或者中微子有点奇怪。大约在同一时间，我们开始测量太阳中微子，大约在同一时间，我们开始测量太阳中微子，发现电子有两姐妹粒子称为μ介子和τ介子（统称为轻子），每一种都对应一个中微子。中微子是预期中微子的三倍，而测量到的中微子是预期量的三分之一，看起来很可疑。

有一些事情马上就会知道了。早期的太阳中微子探测器只能检测到电子中微子，因此，如果太阳产生了中微子的预测量，但有等量的三种“味”的中微子（电子、μ介子、τ介子），就能解决这个谜。但是太阳不能产生所有三种中微子，因为太阳核中的核反应只产生电子中微子。明显的解决办法是寻找一种将中微子从电子类型转换为其他“味”的方法，但根据成熟的粒子物理学标准模型，中微子应当没有质量。它们会以光的速度运动，而且他们也没有办法改变“味”。

当然，如果中微子具有质量，那么它们可以改变类型。但事实证明中微子质量并不是我们用来处理的简单的质量。在标准模型中，中微子是由电弱力和弱核力控制放射性衰变。电弱模型是一个量子理论，所以像这样不确定性原理开始发挥作用。因此，你可以测量中微子的质量，也可以测量它的“味”，但不能同时测量。这意味着我们可以说中微子具有质量，但我们永远不能说电子“味”具有特定的质量。

量子模糊现象

由于质量和“味”之间的量子模糊，我们总是局限于知道一种或另一种。根据模型，中微子有三种质量类型（质量本征态）和三种“味”（味本征态）。如果我们知道一个中微子的味（电子、μ介子、τ介子），则这种“味”是三种质量类型的叠加（量子混合）。如果我们知道中微子的质量，那么它就是三种“味”的叠加。电子中微子与μ介子中微子的区别在于，它们是不同质量类型的混合。中微子的每种“味”都是不同质量本征态的特定叠加。

那么中微子和“模糊”量子质量如何解决太阳中微子问题呢？事实证明，每个质量本征态的速度略有不同。因此，如果一个电子中微子在核反应中产生，其质量本征态的叠加将因速度的不同而逐渐改变。在量子理论中，每个质量本征态都有不同的波长，所以当它们移动时，它们的波开始干扰。这种效应被称为中微子振荡。所以当一个电子中微子穿越宇宙时，它会在其他“味”之间振荡，并且它被观察为μ介子或τ介子中微子上升或下降。

在宇宙尺度上，太阳和地球之间的距离相当小，所以电子中微子与其他类型的中微子混合的时间并不多。但是当中微子穿过物质时，另一个振荡效应开始起作用，被称为MSW效应。当中微子穿过物质时，它们的速度会发生变化，类似于光线通过玻璃折射的方式。每种“味”的变化是不同的，这加速了中微子的混合（类似于棱镜可以展开光的颜色的方式）。当中微子到达太阳表面时，它们被混合到等量的三种“味”中。结果，到达地球只有三分之一的中微子是电子中微子，这就解释了为什么早期的中微子检测器看到预期量的三分之一。

因此，太阳能中微子问题得到解决。