微中子與振盪

味本徵態與質量本徵態(flavor eigenstates vs mass eigenstates)

這裡就是微中子為何振盪的核心,用最樸素的話來講。描述一個微中子有兩種不同的方式,而它們對不上。一種方式按它在弱交互作用中所結的伴來標記——電子味、緲子味或陶子味。另一種方式按它確定的質量來標記。難就難在:一個味確定的微中子,質量並不確定;而一個質量確定的微中子,味也不確定。

可以把它想成描述一種顏色。你可以用日常的標籤給一桶漆命名——「電子」、「緲子」、「陶子」——也可以用調出它所用的純原色顏料來命名。一個「味」微中子其實是把三種純「質量」微中子按某個特定配方調和而成,每種純色都是不同的色調、不同的分量。微中子在弱交互作用中出生時,是以一個味配方的形式出來的。但它在空間中飛行時,真正以穩定而略有差異的節奏運動的,是那些純質量成分。隨著距離的增加,這些成分逐漸錯開節拍,配方重新混合,本來是電子配方的,漸漸看起來就像緲子配方了。

味的基與質量的基之間的這種錯位,就是振盪的全部機制,而它之所以存在,純粹是因為三個質量態有著不同的質量——如果它們全都相等,就不會有錯拍,也就不會有振盪。兩種描述之間固定的關係,也就是把質量態調和成味態的精確配方,由一張數字表來刻畫,叫做 PMNS 混合矩陣。同樣的味與質量之分也出現在夸克身上,在那裡它被編碼在一張姊妹表裡,叫 CKM 矩陣。

一個電子微中子大致是兩份最輕的質量態、一份中間的質量態,再加上一丁點最重的。由於每一份都按自己的節奏「走錶」,你一開始的那個混合便穩步地變形——這種變形就是我們偵測到的振盪。

一個味態,是三個以不同節奏走錶的質量態的固定混合。

兩種描述沒有哪一種才是「真的」——味和質量只是同一個粒子兩套同樣有效的基。哪一種顯得自然,取決於你是在看微中子發生作用(味),還是在看它傳播(質量)。

又稱
flavor states vs mass states味态与质量态