在魔幻般的世界，尋找幽靈般的粒子

科學家把它們稱之為「鬼粒子」。

它們幾乎沒有質量，以近光速的速度在空間中穿行。

每一秒，都有數萬億的它們穿過每個人的身體，但我們毫無察覺。

它們，就是中微子。

1930年，為了挽救β衰變過程中能量和動量的守恆，奧地利的天才理論物理學家沃爾夫岡·泡利（他最著名的貢獻為「泡利不相容原理」）提出了中微子的存在。

標準模型是粒子物理學中最成功的理論，在該理論中，中微子被分為三種：電子中微子、μ中微子和τ中微子。即使標準模型如此的成功，還是有很多它無法給出答案，比如暗物質、暗能量、引力都無法囊括在理論之中。要解釋這些問題，就必須有新的物理。因此、物理學家將希望寄托在中微子身上。標準模型認為中微子沒有質量，但實際上中微子擁有著非常微小的質量。因此對中微子的探測研究將能幫助科學家構建新的理論，它或許是通往標準模型之外的物理新世界的一把密匙。

三種中微子。

當放射性元素衰變時，中微子就會被釋放出來。它們來自太陽，超新星，甚至是從我們自身的身體。它們可以毫無壓力的穿過任何物體，那麼我們如何才能在實驗室中捕捉到它們的存在並進行研究呢？

【鍺探測器陣列】

鍺探測器陣列（GERDA）位於義大利格朗薩索國家實驗室地下1.4公里深處。GERDA通過監測純鍺晶體中的電流活動來尋找中微子的蹤跡。

科學家希望能夠看到一個非常罕見的放射性衰變，這樣的衰變被稱之為「無中微子雙β衰變」。當原子核內的一個中子自發衰變成一個質子和一個電子，同時也釋放出一個反中微子的時候，就發生了β衰變。另一方面，中子也可以吸收一個中微子變成一個質子和一個電子。而所謂的「無中微子雙β衰變」則是在β衰變釋放出的反中微子被中子吸收的情況。但只有在中微子是其自己的反粒子時，「無中微子雙β衰變」才能發生。為什麼這很重要？

在137億年前，當宇宙大爆炸發生的時候，製造出來的物質和反物質應該一樣多。但由於物質和反物質相遇後便會產生湮滅，只留下能量。而我們的存在便不得不讓我們去詰問，為什麼現在的宇宙充滿了物質。如果科學家探測到無中微子雙β衰變就意味著中微子可以同時是自己的反粒子，那麼或許就可以解釋為什麼早期宇宙中更加偏愛物質，以至於我們現在才可以提出這樣的疑問。

【薩德伯里中微子觀測站】

加拿大薩德伯里中微子觀測站（SNO）始建於1980年，現如今正在整修，準備用於SNO+實驗。

SNO+將被用來探測來自地球，太陽，甚至是超新星的中微子。該探測器的主心骨是一個由丙烯酸製成的巨大球型容器，裡面裝有1000噸的重水（重水和普通的水不同，重水水分子中，每個氫原子的原子核內有一個額外的中子，形成氫的同位素氘。氘的原子核可以提高中微子撞上探測器的可能性。）。在容器外面有一個測地球，裡面安裝了大約1萬個極度靈敏的光探測器——光電倍增管（PMTs）。整個探測器浸泡在一個裝滿普通水的圓柱形腔中。

絕大多數的中微子會徑直穿過水箱，但偶爾會有一個中微子會撞到探測器中的其它粒子，產生微弱的藍光——切倫科夫輻射（查考《超光速的四種宇宙現象》了解更多），PMTs就是用來檢測這些輻射的。

科學家現在知道中微子至少有三種，或稱為「味」，當它們在飛行的途中，中微子的味會發生轉變，即所謂的中微子振蕩。由於對中微子振蕩的發現做出了重大貢獻，SNO實驗主任阿瑟麥克唐納榮獲去年的諾貝爾物理學獎。

【冰立方】

冰立方中微子天文台是世界上最大的中微子探測器，其位於南極洲約2.4公里深的冰層下1立方公里的冰塊內，由86根裝備了感測器的電纜所組成，每根電纜包含有60個光學感測器，這5160個感測器的使命就是搜尋來自宇宙中最極端的天體事件輻射出的高能中微子，這些來源包括超新星爆發，黑洞和中子星。

當中微子撞上冰里的水分子時，就會釋放出高能的亞原子粒子，進而產生切倫科夫輻射。科學家希望利用這些有限的信息來重構中微子的路徑以確定它們的來源。

自2010年冰立方竣工以來，實際上探測到的中微子非常少。2012年，冰立方自1987年以來首次確定探測到來自於太陽系外的兩顆高能中微子，並取名為「伯特」和「厄尼」（《芝麻街》中的人物）。

【中國大亞灣】

位於中國大亞灣中微子實驗成立於2006年，大亞灣核電站有6個核反應堆，而中微子實驗有3個地下實驗室。3個實驗室中共有6個反中微子探測器，每個都包括20噸的液體閃爍劑，通過光電倍增管和屏蔽包圍。其中有3個探測器較遠，3個較近。大亞灣實驗的優勢除核電站外，那裡的地形也適合屏蔽其他粒子。

反中微子與液體閃爍劑作用會發出閃光，並被光電倍增管記錄。大亞灣的任務是探測中微子振蕩。就像中微子，反中微子也會發生味的轉變。科學家試圖找出近探測器和遠探測器探測到的反中微子數目的區別，因為它們在飛行的過程變味了，這樣就可以測量反中微子 的「消失」 率，從而計算出混合角 。

【超級神岡探測器】

超級神岡探測器位於東京西北部250千米處的一個鋅礦之中。巨大的探測器裝有50000噸的純凈水，並被11200個光電倍增管圍繞著，它們的任務是發現、放大並測量純水中出現的微弱閃光，即切倫科夫輻射。

超級神岡探測器是第一個找到中微子振蕩有力證據的地方，中微子在傳播過程中的變身意味著它必須有質量。由於對發現中微子振蕩做出的傑出貢獻，在超級神岡工作的梶田隆章和SNO的阿瑟·B·麥克唐納在去年被授予了諾貝爾物理學獎。

我們現在知道中微子具有質量，這就強有力的攻破了標準模型的防線。在未來，對中微子更深入的了解或有助於物理學家構建一個完整的理論，以及回答宇宙中的一些未解之謎。