記帳中的一場危機
現在你已經把輕子當作一個家族來認識，也見過了全部物理學中最守法的規則：能量和動量守恆。在 1920 年代末，這兩個觀念正面相撞，而正是在這場相撞中，微中子誕生了。麻煩藏在 [[beta-decay|β 衰變]]裡——在這個過程中，原子核內的一個中子變成一個質子，並吐出一個電子。紙面上看，它像是一次乾淨的二體分裂：之前是一個原子核，之後是兩個身份明確的東西。
如果 β 衰變真是一次乾淨的二體分裂，那麼逃逸的電子應當總是帶走*相同的*能量——由各粒子質量決定，就像後坐的步槍總以固定的速度反彈一樣。但實驗發現了令人不安的事：電子帶著*一整段連續譜*的能量射出，從幾乎為零一直到一個陡峭的上限都有。能量看起來在消失，而且不是每次都消失固定的量，而是每一次衰變消失的量都不同。有什麼東西沒被看見就離開了現場，並把那份缺失的能量一併帶走了。
包立絕望中的假設
沃夫岡·包立——正是提出不相容原理的那位包立——拒絕放棄能量守恆。1930 年 12 月，他寫下了一封如今廣為人知的信，開頭稱呼一場物理學家會議為「親愛的放射性女士們、先生們」，提出了一劑「絕望的藥方」。如果每一次 β 衰變中都有*第三個*粒子離開呢——它不帶電、幾乎沒有重量，輕而害羞到當時任何偵測器都看不見它？三個物體分享釋放的能量，而三個物體可以以任意方式去分。連續譜便不再是一個悖論，而恰恰成了你應當預期的樣子。這就是 [[neutrino-postulate-detection|微中子假設]]。
包立本人對此並不自豪。據說他懊惱自己做了一件糟糕的事——假設了一種*永遠*無法被偵測到的粒子，這對物理學家而言近乎作弊。幾年後，恩里科·費米把這個想法構建成一套完整的 β 衰變數學理論，並給這種粒子起了它的義大利文名字 *neutrino*——「小小的中性者」——以與重得多的中子區分開來。修正後的 β 衰變圖像很簡單：一個中子變成一個質子、一個電子，外加一個反微中子。
n -> p + e- + nu-bar old (wrong) two-body view: electron energy is FIXED new three-body view: electron energy is a SPECTRUM
微中子為何是個幽靈
是什麼讓微中子難以捕捉到近乎不可能的地步？它是一種沒有電荷的輕子，因此電磁力——那個讓普通物質彼此碰撞的主力——完全無視它。它也不感受強相互作用。它唯一還能參與的基本相互作用，就是 [[neutrino-weak-interaction|弱相互作用]]，而正如你早先所見，弱相互作用名副其實：它既微弱，又只在短得驚人的範圍內起作用。一個微中子可以穿過數以萬億計的原子，卻幾乎從不以恰當的方式靠近某個夸克或電子到足以發生任何事情的程度。
到底有多害羞？來自太陽的一個微中子，在穿越整個地球時大致只有約兆分之一的機率發生一次相互作用。換個說法：要攔下這樣一束微中子中的約一半，你需要一堵厚約一光年的鉛牆。此刻，每一秒都有數百兆個太陽微中子穿過你的身體，日夜不停——到了夜裡它們同樣輕鬆地直接穿透整顆行星——而在你的一生中，或許只有一兩個會觸碰到你體內的某個原子。這才是「幽靈粒子」真正的含義。
捉一個幽靈
包立擔心他的粒子永遠無法被看到。出路雖然粗暴，卻很簡單：既然每個微中子幾乎從不相互作用，那就向一台*大型*偵測器射入*極其龐大*數目的微中子，然後等待。把極小的截面乘上巨大的通量，再乘上一個大靶子，這道算術最終會給出寥寥幾個真實事件。訣竅在於找到一股足夠強的微中子洪流——而這股洪流隨核反應爐而來，它作為裂變的免費副產品，傾瀉出多到難以想像、以萬億計的反微中子。
1956 年，克萊德·考恩和弗雷德里克·萊因斯把摻有鎘的水箱安置在薩凡納河一座強大反應爐的旁邊。他們的方案利用了一個名為逆 β 衰變的標誌性特徵：一個入射的反微中子撞上一個質子，產生一個中子和一個正電子。正電子立刻與一個電子湮滅，閃出兩束 γ 射線；幾微秒後，中子被一個鎘核俘獲，釋放出又一束 γ 射線。那種精確的*雙重閃光、並帶著正確的時間延遲*，是任何尋常本底都無法偽造的指紋。
在耗費心力地壓低虛假信號之後，那個圖樣恰如預言般出現了——而把反應爐關掉，它就隨之消失。在包立寫信二十六年之後，幽靈成真了。考恩和萊因斯給包立發去電報報喜；據說他回覆道：一切都會眷顧懂得等待的人。萊因斯最終因此分享了諾貝爾獎（考恩多年前已去世，而諾貝爾獎不授予已故者）。
幽靈從何而來——以及我們接下來去往何處
一旦你能偵測到它們，就會發現微中子無處不在。微中子來源的清單很長：太陽和其他恆星聚變氫、噴湧出微中子，核反應爐製造它們，宇宙射線轟擊大氣層製造它們，超新星釋放出數量驚人的一陣微中子，而大霹靂則留下了一片充滿整個空間的微弱微中子之海。正因為它們幾乎不相互作用，它們能從光無法逃出的地方逃出——徑直穿出太陽翻騰的核心——帶來任何望遠鏡都無法直接窺見的環境裡的消息。
這個發現故事還埋下了又一處轉折。包立的微中子是單獨一種粒子。但六種輕子分為三個家族，每個帶電輕子都有它自己種類、或稱*味*的微中子。太陽只製造電子味的微中子——可後來的實驗卻發現，抵達的數量遠少於太陽必定產出的數量。那個揮之不去的短缺，即太陽微中子問題，正是接下來幾篇要去拉動的線頭，而它將引向一個發現：這些幽靈能在飛行途中悄然改變自己的身份。