微中子與振盪
混合角與質量平方差(mixing angles and mass-squared differences)
微中子振盪有為數不多的幾個旋鈕,大自然把它們撥到了特定的數值上,而測量這些設定,是一場長達數十年的探求。這些數字分為兩族。第一族是混合角,它說明味與質量態混合得有多徹底——配方彼此重疊到什麼程度。第二族是質量平方差,它定下節奏——微中子飛行時振盪循環得有多快。
混合角有三個,通常寫作 theta-12、theta-23 和 theta-13。theta-12 用太陽微中子測得,是個大角;theta-23 用大氣微中子和加速器微中子測得,也很大,接近最大值;theta-13 最小,最難找,2012 年前後終於用反應爐微中子測出。兩個質量平方差,是三個質量各自平方之間的差距:一個較小的「太陽」差和一個較大的「大氣」差,後者大約是前者的三十倍。關鍵在於,振盪只依賴這些平方差,從不依賴質量本身,這就是為什麼它能證明微中子有質量,卻不揭示它們到底有多重。
這六個左右的數字,如今是微中子物理的核心輸入量,全世界的實驗正把它們測得越來越精確。然而它們提出的問題和它們回答的一樣多。這些數值與夸克部門看上去出奇地不同,絕對質量標度仍然藏而不露,其中一個平方差的符號(質量排序)也仍是未知數。再加上尚未測出的 CP 相位,這些振盪參數是一扇小而銳利的窗,讓我們窺見賦予微中子質量的那種新物理。
較大的「大氣」質量平方差約為 0.0025 eV²,而較小的「太陽」質量平方差約為 0.000075 eV²。正是這些微小的數字,定下了振盪變得可見所需的距離——對加速器束流而言是數百到數千公里。
兩個微小的質量平方差,定下了微中子振盪的兩套節奏。
一個混合角接近「最大」(45 度)意味著接近完美的對半混合,而不是說微中子跑得快;這個角是味態與質量態之間重疊程度的量度,與方向或速度毫無關係。
又稱
另見