對於中微子來說，今年是輝煌的一年。上個月，兩位物理學家因確定這種難以捉摸的基本粒子可以在三種類型或“味”之間轉換而獲得了諾貝爾物理學獎。現在，同樣的發現也為其發現者贏得了2015年基礎物理學突破獎——這項由億萬富翁風險投資家尤里·米爾納三年前發起設立的300萬美元獎項。然而，這兩個榮譽之間有一個關鍵的區別：突破獎將由1370名物理學家分享。
五個實驗的七位領導者以及報告這些實驗突破性成果的科學論文的所有共同作者將成為突破獎得主。五個團隊將分享獎金（每個團隊60萬美元），其中三分之二的獎金將給領導者，三分之一給合作者。如此龐大的獲獎者群體是突破獎的最高紀錄。（此前最大的獲獎群體是去年因發現宇宙正在加速膨脹而分享獎項的51位科學家。）這也與傳統的科學獎項頒發方式大相徑庭——眾所周知，每個科學領域的諾貝爾獎都僅限於三位獲獎者。“我們認為，重要的是要認識到，這些實驗需要許多人的大量辛勤工作，”突破物理學獎遴選委員會主席，也是首屆突破獎得主之一的物理學家愛德華·威滕說。“我們認為，象徵性地包括所有參與者是很重要的。”
考慮到今年這兩個獎項都在慶祝同一項成就，突破獎和諾貝爾獎之間的對比尤其明顯——突破獎的官員表示，這種情況純屬巧合。突破獎得主在今年夏天就已經被告知，遠早於諾貝爾獎的宣佈。“今年能獲得兩個委員會的認可，感覺非常好，”安大略省皇后大學的亞瑟·麥克唐納說，他因在加拿大薩德伯裡中微子觀測站（SNO）的工作而獲得了諾貝爾獎和突破獎。“我們不是為了贏得獎項而去的；我們是為了做紮實的物理學，但這些獎項表明，科學界認為我們的成果非常重要。”今年與麥克唐納共同獲得物理學諾貝爾獎的東京大學的高木隆章也將獲得突破獎，他說這些獎項是極大的榮譽。“我特別為突破獎對整個合作的認可感到高興。”
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SNO和梶田的實驗，日本的超級神岡（Super-K），是第一個發現一種“味”的中微子可以改變或“振盪”為另一種的專案。1998年，超級神岡使用了一個埋藏在地下1公里處的5萬噸純水罐來捕捉宇宙射線（來自太空的高能帶電粒子）和地球大氣中的原子相互作用時產生的中微子。中微子很難被固定下來——它們往往會直接穿過物質，甚至穿過地球和我們的身體，而不會撞到任何東西。偶爾，它會與探測器中的一個水原子碰撞，釋放出超級神岡可以識別的明亮光環。該實驗尋找來自兩個方向的μ子中微子，即宇宙射線相互作用產生的主要“味”——天空上方和實驗地下方。（後者是在地球另一側的大氣中產生的，然後穿過地球到達超級神岡。）研究人員發現來自上方的中微子比來自下方的多，並得出結論，起源於地球另一側的μ子中微子，它們必須經過更遠的距離才能到達超級神岡，因此有更多的時間轉變成另外兩種“味”，即電子和τ子。
幾年後，SNO在來自太陽的中微子中觀察到了類似的現象。我們恆星核心的聚變反應會產生大量的電子“味”中微子。然而，SNO在其由重水（其中氘同位素取代了普通氫）製成的探測器中，看到的電子中微子比預期的少，而μ子和τ子中微子更多。再次看來，中微子在從太陽到地球的途中交換了身份。隨後的更多實驗發現了中微子振盪的進一步證據：日本的神岡液體閃爍反中微子探測器（KamLAND），以及從KEK到神岡（K2K）和東海到神岡（T2K）的長基線中微子振盪實驗，以及中國的 大亞灣反應堆中微子實驗。所有這些專案背後的領導者和團隊也分享了今年的突破獎。
中微子可以改變“味”的啟示不僅僅是奇怪——它也與長期以來認為它們沒有質量的觀點相矛盾。為了讓它們振盪，它們必須具有不同的、因此是非零的質量。這一發現與粒子物理學的統治理論——標準模型相矛盾，該模型無法解釋中微子是如何獲得質量的。“我們的世界可以用標準模型很好地解釋，但該模型假設中微子沒有質量，”東京大學超級神岡的共同領導人鈴木洋一郎說。“這意味著當前的標準模型必須進行擴充套件。”
因此，中微子振盪開闢了一個全新的研究領域，以研究中微子到底有多少質量以及為什麼。在最初的實驗之後的十多年裡，科學家們越來越精確地分析了中微子振盪，從而可以對中微子的總質量設定上限。物理學家現在可以說，其中兩個中微子的質量相似，而第三個中微子的質量要麼明顯大得多，要麼明顯小得多。確定哪種情況是正確的，應該有助於解釋它們最初是如何獲得質量的——這個謎題的解決方案可能涉及物理學家以前從未見過的過程。幾個正在進行和即將進行的實驗都旨在解決這些問題。“現在中微子非常熱門，”北京高能物理研究所的大亞灣實驗共同領導者王貽芳說。“我們正處於一個非常特殊的時刻，我們非常幸運能夠參與到這項偉大的科學進步中來。”