当中微子从一种相变为另一种相时，它们会告诉我们一些关于它们神秘性质的信息。物理学家说，这些幽灵般的亚原子粒子有三种味：μ子、τ子和电子。就在今年夏天，一个研究团队捕获了一个正在改变味的中微子，从μ子变为τ子，这一发现支持了这些粒子确实有质量的论点。本周，一项关于中微子振荡（味的改变）的新研究揭示了一个更深层次的谜团，并暗示这三种中微子味可能不足以解释这些粒子的行为。在《物理评论快报》中，一大群物理学家发表了他们在伊利诺伊州费米实验室MiniBooNE 实验的研究。当物理学家观察μ子反中微子向电子反中微子的振荡时，他们发现这个过程发生的速度比已知物理学预测的要快。中微子遵循规则，但反中微子却没有以相同的方式行为。那么这意味着什么呢？我们请英国达勒姆大学的物理学家西尔维亚·帕斯科利来解释。
这些振荡比预期快，也就是说，它们需要一个质量平方差（这是控制振荡概率的两个参数之一，另一个是“混合角”），这个质量平方差比我们已有的中微子振荡证据所要求的要大得多……为了解释这个大的质量平方差的存在，我们需要四个质量。如果我们只有三个中微子，正如标准模型所预测的那样，这是无法实现的。我们需要第四个。
物理学家之前设想的这个假设的第四个被称为“惰性”中微子。Ars Technica 详细阐述道：
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虽然普通中微子几乎不与物质相互作用，但惰性中微子只能通过重力相互作用，而（如果它们存在）正是这种相互作用使它们至今未能被我们探测到。由于它们也比普通中微子重，它们会是很好的暗物质候选者。它们也可能解释这些新结果，因为有一个额外的中微子作为味振荡的目标，可能会解释一些不寻常的行为。 [Ars Technica]
帕斯科利解释说，这种现象困扰中微子研究人员已有一段时间了。这种奇怪的振荡效应在20世纪90年代被一项名为液体闪烁体中微子探测器的实验间接发现。
(LSND)。产生这项新结果的 MiniBooNE 实验就是为了证实反中微子与中微子振荡方式不同这一发现而建造的，现在它似乎已经实现了这一目标（尽管帕斯科利说，“MiniBooNE 结果的统计显著性不是很强”——这种效应有百分之三的可能性来自背景噪声）。因此，MiniBooNE 科学家需要做更多的工作来产生更具说服力的数据。但是，如果这些奇怪振荡的发现属实，那将对那些怀疑这些效应的物理学家产生冲击，因为这些效应本应出现在其他振荡实验中，因此他们寻求更复杂的解释——或者，简单地说，对那些喜欢中微子有三种味的人来说，这将是一个冲击。来自费米实验室的新闻稿
直截了当地说：“在一个只有三种活性中微子的世界里，科学家们很难调和这个结果。”帕斯科利说，物理学上的巨变可能会更进一步。
此外，MiniBooNE 的结果将证明中微子和反中微子的行为不同。这将是我们首次在轻子领域发现这种行为，对理论家提出了更大的挑战。如果 MiniBooNE 的结果在未来得到证实，我们对自然基本规律及其基本构成要素的理解将需要发生巨大改变。尽管 Tevatron 和 LHC 有望揭示高能量下的物理学，发现非常重的粒子，但 LSND 和 MiniBooNE（以及其他中微子实验）有可能为我们揭示低能量下的新物理学提供线索。这种物理学是什么仍然是个谜。
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图片：费米实验室 (MiniBooNE 探测器)
