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摘要：中微子所表现出的一种特殊行为，叫做中微子振荡，可能会对这个非常棘手的问题有所启发。中微子是亚原子世界的幽灵。要保护自己不受一半太阳中微子的伤害，需要5光年深的固体铅。中微子和反中微子对不同振荡频率的观测将是理解宇宙是由物质构成这一事实的重要一步。这并不是全部，因为其他新现象也必须成立，但物质中微子和反物质中微子之间的差异是解释宇宙中物质增多的必要条件。
科学家热衷于探索奥秘，奥秘越大，热情就越高。科学界有很多悬而未决的问题，但是当你要变大的时候，你很难战胜“为什么有什么东西，而不是什么都没有？”
看起来像是一个哲学问题，但它是一个非常适合科学研究的问题。更具体地说，“为什么宇宙是由各种物质构成的，这些物质使人类的生命成为可能，我们甚至可以问这个问题？”在日本进行研究的科学家上个月宣布了一项测量 ... ，直接解决了最令人着迷的问题。他们的测量结果似乎与当前理论最简单的预期不符，很可能指向这个永恒问题的答案。
他们的测量结果似乎表明，对于一组特定的亚原子粒子，物质和反物质的作用不同，“反质子”物质与反物质“反质子”使用位于Tokai日本的宇宙加速器，科学家们将一束叫做中微子的反粒子亚原子粒子及其反物质对应物（通过地球）发射到位于神冈日本的超级粒子加速器实验中。这个实验被称为T2K（Tokai到Kamiokande），旨在确定为什么我们的宇宙是由物质构成的。中微子所表现出的一种特殊行为，叫做中微子振荡，可能会对这个非常棘手的问题有所启发。[物理学中18个最大的未解之谜]
问为什么宇宙是由物质构成的听起来可能是一个奇怪的问题，但科学家对此感到惊讶是有充分理由的。因为，除了知道物质的存在之外，科学家们也知道反物质。在1928，英国物理学家保罗·狄拉克提出了反物质的存在。把等量的物质和反物质结合起来，二者相互湮灭，从而释放出巨大的能量。而且，因为物理原理通常反过来也同样有效，如果你有一个巨大的能量，它可以转化成完全相等的物质和反物质。反物质是1932年由美国的卡尔·安德森发现的，研究人员花了近一个世纪的时间来研究它的性质。
然而，这个“完全相等”的短语是这个难题的症结所在。在大爆炸后不久的瞬间，宇宙充满了能量。随着它的膨胀和冷却，这种能量本应转化为等量的物质和反物质亚原子粒子，这在今天是可以观测到的。然而，我们的宇宙基本上完全由物质组成。怎么可能呢？”通过计算宇宙中原子的数量并与我们所看到的能量进行比较，科学家们认为“完全相等”并不完全正确。不知怎的，当宇宙大约是1万亿分之一秒的时候，自然法则就向物质的方向略微倾斜。每3000000000个反物质粒子，就有30000000001个物质粒子。30亿个物质粒子和30亿个反物质粒子结合在一起，然后湮没回能量中，留下了我们今天所看到的组成宇宙的微小物质过剩。
，因为这个谜题在近一个世纪前就被理解了，研究人员一直在研究物质和反物质，看看他们是否能在亚原子粒子中找到解释物质过剩的行为。他们相信物质和反物质是等量制造的，但他们也观察到一类称为夸克的亚原子粒子表现出的行为稍微偏向于物质而不是反物质。这种特殊的测量是微妙的，包括一类称为K介子的粒子，它们可以从物质转换成反物质，然后再转换回来。但是，与反物质相比，物质转换成反物质的过程略有不同。这种现象是出乎意料的，其结果是covery获得了1980年的诺贝尔奖，但其影响的大小不足以解释为什么物质在我们的宇宙中占主导地位。
幽灵光束因此，科学家们把注意力转向中微子，看看它们的行为是否能解释多余的物质。中微子是亚原子世界的幽灵。它们只通过微弱的核力相互作用，几乎不需要相互作用就可以通过物质。为了给人一种尺度感，中微子通常是在核反应中产生的，周围最大的核反应堆是太阳。要保护自己不受一半太阳中微子的伤害，需要5光年深的固体铅。中微子的相互作用真的不多。
在1998年到2001年间，一系列的实验——一个使用超级神冈探测器，另一个使用安大略省萨德伯里的SNO探测器——最终证明中微子也表现出另一种令人惊讶的行为。他们改变了他们的身份。
物理学家知道三种不同的中微子，每一种中微子都与一种独特的亚原子兄弟有关，称为电子、μ子和τ。电子是产生电的原因，μ介子和τ介子非常像电子，但更重且不稳定。
这三种中微子，称为电子中微子、μ介子中微子和τ中微子，可以“变形”成其他类型的中微子，然后再返回。这种行为称为中微子振荡。[古怪的物理学：自然界最酷的小粒子]
中微子振荡是一种独特的量子现象，但它大致类似于从一碗香草冰淇淋开始，在你去找勺子后，你回来发现碗里有一半香草和一半巧克力。中微子将它们的身份从完全的一种类型变为一种混合类型，再变成一个完全不同的类型，然后回到原来的类型。这就引出了一个非常重要的问题。中微子振荡，但反中微子也振荡吗？它们振荡的方式和中微子完全一样吗？第一个问题的答案是肯定的，而第二个问题的答案则不得而知。
让我们更全面地考虑一下这个问题，但要用一种简化的方式：假设只有两种中微子类型——μ子和电子。进一步假设你有一束纯μ子型中微子。中微子以特定的速度振荡，由于它们在光速附近运动，它们的振荡与它们产生的距离成函数关系。因此，纯μ子中微子束在一定距离上看起来像μ子和电子类型的混合，然后在另一距离上是纯电子类型的混合，然后只回到μ子。反物质中微子也做同样的事情。
然而，如果物质中微子和反物质中微子以稍微不同的速率振荡，你会期望，如果你离产生纯μ子中微子或μ子反中微子束的点有固定的距离，在中微子的情况下，你会看到μ子和电子中微子的混合，但在反物质中微子的情况下，你会看到反物质μ子和电子中微子的不同混合。实际情况很复杂，因为中微子有三种，振荡依赖于束流能量，但这些都是大的想法。
中微子和反中微子对不同振荡频率的观测将是理解宇宙是由物质构成这一事实的重要一步。这并不是全部，因为其他新现象也必须成立，但物质中微子和反物质中微子之间的差异是解释宇宙中物质增多的必要条件。[5可能潜伏在地球表面下的神秘粒子]
在当前描述中微子相互作用的流行理论中，有一个变量对中微子和反中微子振荡的可能性非常敏感是的。如果该变量为零，则两种类型的粒子以相同的速率振荡；如果该变量与零不同，则两种类型的粒子振荡不同。
当T2K测量该变量时，他们发现这与中微子和反中微子振荡相同的假设不一致。技术上来说，他们为这个变量确定了一系列可能的值。该变量的真值在该范围内的可能性为95%，而真变量在该范围外的可能性仅为5%。“无差别”假设在95%的范围之外。
用更简单的话来说，目前的测量表明中微子和反物质中微子的振荡是不同的，尽管确定性并没有上升到作出明确声明的水平。事实上，批评者指出，具有这种统计显著性水平的测量应该被非常、非常怀疑地看待。但这无疑是一个极具挑衅性的初步结果，世界科学界对看到改进和更精确的研究极感兴趣。
T2K实验将继续记录额外的数据，以期做出明确的测量，但它并不是唯一的游戏。在芝加哥郊外的费米实验室，一项名为“新星”的类似实验正在向明尼苏达州北部发射中微子和反物质中微子，希望能击败T2K。而且，展望未来，费米实验室正在努力进行其旗舰实验，称为“沙丘”（深地下中微子实验），该实验将具有远远优越的能力来研究这一重要现象。
虽然T2K的结果并不确定，值得谨慎，但肯定是诱人的。鉴于为什么我们的宇宙似乎没有明显的反物质这一问题的严重性，世界科学界将热切地等待进一步的更新。
最初发表在《生命科学》杂志上，
唐林肯是费米实验室的物理研究员。他是《大型强子对撞机：希格斯玻色子的非凡故事和其他会让你头脑发热的东西》（约翰霍普金斯大学出版社，2014）的作者，他 ... 了一系列科学教育视频。在Facebook上关注他。在这篇评论中表达的观点是他的。
Don Lincoln将这篇文章贡献给了Live Science的专家之声：评论版和见解。“
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