天问专栏：撼动宇宙的小粒子——中微子(3)

不停“变味”的中微子，图片来源：Johan Jarnestad/The Royao Swedish Academy of Sciences

加拿大位于地下2.1公里的萨德伯里中微子天文台（SNO）在直径12米的球型容器中装了1000吨重水，他们通过对中性流相互作用和电子弹性散射作用的分析，对所有三个味的中微子都有灵敏度。SNO最终探测到了和预期数量吻合的太阳中微子，证实了太阳中微子振荡。

加拿大萨德伯里中微子天文台，图片来源：萨德伯里中微子天文台

同一时期，日本在富山县茂住矿山一个深达1公里的废弃砷矿里建造了超级神冈探测器（Super Kamiokande）：在一个高为41米、直径39米的圆柱形大容器里装了5万吨高纯度水。他们的观测目标是地球大气层中产生的渺子中微子。通过对比头顶（振荡发生前）和脚底（振荡发生后，从地球另一端穿过来的）的渺子中微子数量，超级神冈实验成功证实了大气层的中微子振荡。

日本的超级神冈探测器，在实验初期（1996年）往探测器内灌水。图片来源：东京大学

写到这里，也许你已经发现了，大部分的中微子探测器都是在很深的地下。为什么呢？这么做的原因是地球表面充斥着来自外太空的高能粒子“宇宙线”，可以产生类似中微子的信号。把探测器埋在地下，可以利用地球来屏蔽这些宇宙线，以降低噪音的干扰。（PS：请不要问我宇宙线是从哪里来的，我也不知道……不过有迹象显示宇宙线来自于银河系外的超级高能事件，比如超新星爆炸和活动星系核。）

“它也是有质量的！”

中微子振荡的发现，证明了中微子质量不为零。在相对论中，质量为零的粒子以光速运行，时间对它们来说是静止的，因此它们“不知道”时间的存在。而“振荡”的发生要求中微子“知道”时间流逝了多少，然后相对地去“变味”，进而证明了中微子质量必须不为零。

“中微子质量不为零”这个结论强迫我们去修正之前的粒子物理“标准模型”。“标准模型”描述了基本粒子的性质和相互作用，里面包括6个夸克、6个轻子、4个规范玻色子，还有1个希格斯玻色子。信不信由你——仅仅这17个粒子（以及它们的反粒子），就能精确地描述我们所在的这个世界！桌椅、花草、各种颜色的光芒、你自己和所有你爱的人，都是由这些粒子所组成！（不过，一个大大的“不过”，暗能量和暗物质暂时无法由它们描述，但这就要留到以后再讲了！）