中微子常被称为“幽灵粒子”，这并非没有道理。中微子带电荷为零，质量极小，非常难以捉摸，它们几乎能不受阻碍地穿过普通物质，包括你我。事实上，中微子是物理学中的基本粒子之一，曾经人们认为它们完全没有质量。
然而，意大利研究人员最近的一项观测结果，为中微子确实拥有极其微小的质量的证据不断增加。具体来说，人们发现中微子有三种“风味”，它们可以以一种称为振荡的过程自发地改变风味。而由于量子力学的性质，只有当风味具有独特的质量时，振荡才会发生。
苹果与橙子
为了探测这种振荡，OPERA合作组织从瑞士向意大利发射了一束μ子中微子，穿过450英里（约724公里）的地球地壳。之所以需要长距离，是为了让μ子中微子有足够的时间振荡成其他风味，但由于粒子以接近光速运动，飞行时间不到3毫秒。
从2008年到2012年，有10,000个μ子中微子完成了这次长途旅行，并在意大利格兰萨索被探测到。其中，有五个中微子转变成了另一种风味——τ中微子。
中微子物理学家艾伦·彭（Alan Poon）告诉《连线》杂志：“这就像你扔出一个苹果，等抓住时，有些变成了一个小西瓜，有些变成了橙子。”
上周公布的第五次观测结果证实，这并非巧合。五个独立的观测事件由中微子振荡以外的原因造成的几率小于百万分之一。用粒子物理学家的统计术语来说，这项观测达到了5西格玛的置信水平。希格斯玻色子在大型强子对撞机上的探测也需要类似的统计置信度。
有缺陷的模型
近几十年来，关于风味振荡——从而也关于中微子质量——的证据一直在稳步积累。1998年，日本超级神冈探测器宣布了该现象的首次确认。但物理学界指导宇宙运行的模型——称为标准模型——无法解释中微子为何有质量。这是因为它们质量太小，且自旋取向方式特殊，导致它们不与赋予所有其他粒子质量的希格斯场发生相互作用。
这种脱节并没有让科学家们感到沮丧。相反，它预示着对标准模型的未来改进。
OPERA合作组织发言人、那不勒斯大学物理学教授乔瓦尼·德·莱利斯（Giovanni De Lellis）解释说：“现在很清楚，我们需要扩展标准模型来解释中微子的性质。OPERA未来的计划是联合研究电子、τ和μ子中微子，以了解正在发生的情况。”
尽管他仍在等待正式出版物以做出最终判断，但任职于超级神冈探测器的迈克尔·斯梅（Michael Smy）博士认为该结果是可靠的。这些粒子物理学实验的关键在于确保探测到的事件无法用其他不太有趣的现象来解释。
斯梅指出，OPERA“出色的（粒子）轨迹追踪质量……使得其他相互作用难以欺骗你。”
关于振荡的研究远未结束。研究人员现在对寻找中微子与其反物质对应物——反中微子——的振荡之间可能存在的差异感兴趣。如果发现这种不对称性，可能有助于解释为何我们的宇宙主要由物质构成，而不是反物质。
斯梅说：“全世界在某种程度上都同意，这是（中微子）研究中最重要的方向。对于一个极其微小的粒子来说，这具有相当重大的意义。”
