中微子是一种神秘的基本粒子,它不带电,不参与强相互作用,只与引力和弱相互作用有关。它的质量非常微小,以至于现有技术还不能直接测量出来。中微子在宇宙中无处不在,每秒钟就有数以亿计的中微子穿过我们的身体,但我们却感觉不到它们的存在。中微子被称为“幽灵粒子”,因为它们可以自由地穿透物质,即使是厚达数千公里的地球也不能阻挡它们。
中微子有三种“味道”,分别是电子中微子、 μ子中微子和τ中微子,它们与电子、μ子和τ子相对应。但这三种“味道”的中微子并不是具有确定质量的本征态,而是质量本征态的线性叠加。这意味着中微子在运动过程中可以从一种“味道”转变成另一种“味道”,这种现象就是我们常说的中微子振荡现象。
中微子振荡现象是物理学上一个重大的发现,它不仅解决了太阳中微子缺失问题,也证明了标准模型的不完备性。太阳中微子缺失问题是指从太阳发出的电子中微子数量远远少于理论预测值,这让科学家们大惑不解。后来经过多个实验组的验证,发现太阳发出的电子中微子在到达地球途中发生了振荡,转变成了其他中微子,而这些类型的中微子难以被探测器捕获。因此,太阳发出的三种类型的中微子总流量与标准太阳模型预言符合得很好。
但矛盾的是,中微子振荡要求中微子具有非零的质量,而且由于中微子手性的原因,中微子质量来源无法用Higgs机制解释,这超出了现有的标准模型,也是唯一超出标准模型的、被实验所证实的物理!因此,探索中微子质量问题对于理解物质世界和宇宙演化具有重要意义。
标准模型要求中微子的质量为零的原因是,实验表明中微子只有左手中微子,而没有右手中微子。左手中微子是指自旋与运动方向相反的中微子,右手中微子则指自旋与运动方向相同的中微子。标准模型中的电弱相互作用只对左手粒子有效,所以右手中微子如果存在的话,就只能参与引力相互作用,而这种相互作用在粒子物理学的尺度上是可以忽略不计的。因此,标准模型没有包含右手中微子。
如果没有右手中微子,那么就不能给左手中微子赋予质量。这是因为,在量子场论的框架下,要给费米子(如电子、夸克、中微子等)赋予质量,就需要在拉格朗日量中加入一个质量项,这个质量项必须同时包含左手和右手费米场。如果只有左手费米场,那么这个质量项就不是洛伦兹不变的,也就不是可重整化的。
因此,在标准模型中,没有合适的右手伙伴,就不可能向标准模型添加可重整化质量项。所以标准模型要求中微子的质量为零。
非质量体也可以引起振荡,中微子有质量吗?
有电场震荡就有磁震荡,就是电磁波。那么,显而易见,磁的震荡相位与电的震荡相位相差180度,我们认为他们相差180度相位共轭,补上这个差距,则可认为电与磁是完全相同、想等的。电与磁之间的差,可视为“宇宙根本的量子相海洋”。
当有电磁震荡时,电就是磁,磁就是电。他们之间差的是一个神秘的量子反应。周易的见“阳”如“阴”,偏偏我们要割裂谈“电子”,谈“磁子”,他们之间的“相差”就是宇宙。