中微子是狡猾的小粒子。直到 1990 年代後期，在幾十年令人撓頭的暗示之後，它們才被證明具有質量。它們可以在三種中微子型別或“味”之間振盪，隨時改變它們的身份。而且，也許最著名的是，就在去年，它們被指責違反宇宙定律，以超過光速的速度傳播。（陪審團仍在審議，但宣告無罪釋放似乎迫在眉睫。）
現在，研究人員離弄清楚中微子的運作方式更近了一步。一個物理學家合作組織表示，它已經測量了描述中微子味變行為的關鍵描述符之一——一個名為 theta 13（發音為“theta one three”）的數字。這個數字，被稱為混合角，描述了電子中微子的反粒子，即電子反中微子，在相對較短的距離內振盪成另一種味的機率。（三種中微子味——電子、τ 和μ子——都有自己的反粒子夥伴。）另外兩個中微子振盪引數，或混合角，已經被測量出來，但 theta 13 與其他兩個相比相對較小，並且已被證明更難確定。
自去年以來，一組物理學家一直在嘗試透過追蹤中國大型核電站釋放的反中微子來測量 theta 13。大亞灣反應堆中微子實驗合作組織建造了一系列六個探測器，一些靠近反應堆，一些在一公里以外的地方，以追蹤電子反中微子在空間傳播時如何變成其他味。由於探測器經過調整隻能識別電子反中微子，因此任何振盪都意味著中微子將逃脫探測——也就是說，它們似乎會消失。其他實驗採取了相反的方法，尋找在攜帶其他型別中微子的束中電子中微子的出現。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
在短短兩個月的資料中，遠處的探測器組記錄了超過 10,000 次電子反中微子的命中。但這僅為根據最靠近核反應堆的探測器推斷出的預期值的 94%。這意味著很大一部分在相對較短的旅程中振盪到了另一種味。“我們現在看到的是 [電子反中微子] 的消失率在 6% 的水平，”威斯康星大學麥迪遜分校的中微子物理學家卡斯滕·海格說，他是大亞灣合作組織的成員。“這是一個相當大的影響。” 海格於 3 月 8 日在杜克大學的一個研討會上介紹了實驗結果，該小組已將其研究提交給《物理評論快報》。
該實驗甚至尚未完全建成——第七個和第八個探測器正在建設中——但大亞灣團隊已經觀察到足夠多的消失來量化該過程的工作原理。新的估計值落在其他實驗設定的先前限制範圍內，確定 theta 13 不等於零，並且實際上與其他最近的結果相比相對較大。theta 13 的零值將意味著電子中微子不會出現在μ子中微子束中，或者在大亞灣案例中，電子反中微子在到達遠處探測器時不會消失。另一個反應堆實驗 KamLAND 也記錄了反中微子在更大距離上的消失，其中振盪由混合角 theta 12 而不是 theta 13 描述。
“我們是第一個測量它並表明它非零的實驗，”海格在談到 theta 13 時說。“最近有一些跡象，但沒有其他結果足夠顯著以匹配我們物理學家所謂的發現。” 大亞灣小組聲稱有優於 5-sigma 的證據支援 theta 13 的非零值。5 sigma，或五個標準差，意味著該發現僅有百萬分之一的可能性是由統計上的偶然性造成的。
對於希望探索中微子和反中微子之間差異的物理學家來說，非零的 theta 13 是個好訊息，如果存在任何此類差異的話。（事實上，在中微子的另一種狡猾之處，可能是中微子是它們自己的反粒子。）任何此類差異都可能關係到為什麼周圍有如此多的物質，而反物質卻如此之少這個揮之不去的問題，而兩者都應該在宇宙大爆炸中平等地出現。一種物質-反物質偏差，一種稱為 CP 破壞的現象，已經在其他粒子中觀察到，新發現表明它也可能在中微子中得到證明。“Theta 13 是控制我們是否可以探索 CP 破壞的關鍵引數，”勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學伯克利分校的物理學家盧錦標說，他擔任該實驗的共同發言人。“現在，由於 theta 13 非零，我們有可能在中微子領域發現 CP 破壞。”
盧錦標說，未來的實驗應該能夠透過將中微子和反中微子從一個實驗室傳送到另一個實驗室，跨越數百公里，來比較它們的振盪方式，從而研究這種可能性。“當然，現在，有了我們的第一個結果，它應該為他們提供大量的彈藥來推動前進，”他說。
費米實驗室物理學家羅伯·普倫基特是MINOS 中微子實驗的共同發言人，他同意對 theta 13 的牢固掌握對該領域很重要。“這個數字實際上控制了你可能獲得的其他現象的數量，”他說。“較大的 theta 13 是好的，因為它會導致許多其他現象。” 普倫基特指出，包括他自己的研究小組在內的其他研究小組一直在逼近 theta 13，並將繼續釋出他們的發現，以幫助改進對其價值的共識估計。“我認為事情正在收斂，但速度比人們預期的要快得多，”他說。