微中子振盪

讓一個電子微中子踏上漫長旅程，怪事就發生了：走到半途，它可能反而以緲子或濤子微中子的身分抵達。微中子在飛行中改變它的味，在三種類型之間振盪。正是這個現象解開了一個三十年的謎——為什麼偵測器數到的太陽微中子，一直只有理論所要求的約三分之一——而它也是至今在標準模型上找到最清楚的一道裂縫。

微中子振盪之所以發生，是因為微中子的味態（電子、緲子、濤子）與它的質量態（標記為 1、2、3）並不相同；每一種味都是三個質量態的量子疊加，兩者由一個稱為 PMNS 矩陣的混合矩陣相關聯。質量態因質量略有差異而以極其略微不同的速率行進，於是它們的相對量子相位漂移，你所測到的味便隨距離改變。對兩種味，存活機率有示意形式 P = 1 - sin^2(2 theta) sin^2(1.27 Delta(m^2) L / E)，其中 theta 是混合角，Delta(m^2) 是以 eV^2 為單位的質量平方差，L 是以公里為單位的距離，E 是以 GeV 為單位的能量。因此振盪取決於 L 除以 E，而它之所以存在，就要求至少兩個微中子具有不同且非零的質量。

最後這一點正是振盪如此重要的原因：無質量的粒子無法振盪，所以觀測到振盪就證明微中子有質量，這與原始那個微中子無質量的標準模型相矛盾。Homestake 測到、由 SNO 解決的太陽微中子虧缺，以及超級神岡（Super-Kamiokande）測到的大氣微中子反常，都是味的振盪，這項發現贏得 2015 年諾貝爾獎。如今振盪實驗能精確測量混合角與質量平方差，但它們只給出質量平方的差，而非絕對質量尺度，而微中子是否破壞 CP 則是一個前沿問題。