秒懂2016自然科学一等奖，“中微子振荡”到底是啥？

Sheldon

松鼠名片

理论物理学博士，科学松鼠会成员，“菠萝科学奖”策划人。利用业余时间尝试各种形式的科学传播活动，译有《宇宙之书》、《隐藏的现实：平行宇宙是什么》和《宇宙的奇迹》。目前在创作科学漫画，个人公众号：sheldon42。

（所有图片大约1.40MB。）

2016年国家自然科学奖一等奖授予了“大亚湾反应堆中微子实验”。大亚湾中微子实验首席科学家、中科院高能物理所所长王贻芳代表270余人的研究团队领取了这个科学大奖。

这个实验成功测出了中微子振荡的第3个混合角——这到底说的是个啥？请往下看：

（美指：牛猫 | 绘制：赏鉴）

更正： 漫画发出后，曹俊教授指出其中一处信息错误，并发来更正：“大亚湾实验的光电倍增管不是自制的，是美国出资，买的日本的。曾想过研发，一没钱二来不及。2008年提出江门中微子实验后，痛定思痛，自己设计了个新型光电倍增管，前3年有过几次不成功的合作，然后走上正规，又4年研制成功。”

注：

1.在标准模型中，中微子是无质量的粒子，因此无法用标准模型解释中微子振荡的现象。如果假设中微子存在质量，中微子振荡就可以用数学模型作出解释了。

2.在中微子的混合角度 θ ₁₂ 、θ ₂₃ 、θ _{13 中的1、2、3，分别表示中微子的第1种质量的本征态、第2种质量的本征态、第3种质量的本征态，而不是指第1种、第2种、第3种中微子（即电子、μ子和τ子中微子）。}

3.我们可以粗略地打个比方。世界上有3种中微子（电子、μ子和τ子中微子），也有3种中微子质量（第1、2、3种质量本征态）。但它们之间不是一一对应的关系，而是存在某种“混合”。比如，电子中微子是以某种方式将第1、2、3种质量本征态“混合”在一起。μ子和τ子中微子则是将3种质量本征态以另外2种方式“混合”在了一起。

4.如果你不理解这种现象的话，可以想象薛定谔的猫。在量子力学中，薛定谔的猫就是处在“生”与“死”这两种原本相互矛盾的状态的“混合状态”中。

5.如果你对粗略的比方不满意，又学过线性代数的话，可以仔细思考以下问题：将一个三维坐标系（ m ₁ ，m ₂ ，m ₃ ）依次沿着三维空间的立体角度 θ ₁₂ 、θ ₂₃ 、θ ₁₃