中微子与振荡

味本征态与质量本征态(flavor eigenstates vs mass eigenstates)

这里就是中微子为何振荡的核心,用最朴素的话来讲。描述一个中微子有两种不同的方式,而它们对不上。一种方式按它在弱相互作用中所结的伴来标记——电子味、缪子味或陶子味。另一种方式按它确定的质量来标记。难就难在:一个味确定的中微子,质量并不确定;而一个质量确定的中微子,味也不确定。

可以把它想成描述一种颜色。你可以用日常的标签给一桶漆命名——'电子','缪子','陶子'——也可以用调出它所用的纯原色颜料来命名。一个'味'中微子其实是把三种纯'质量'中微子按某个特定配方调和而成,每种纯色都是不同的色调、不同的分量。中微子在弱相互作用中出生时,是以一个味配方的形式出来的。但它在空间中飞行时,真正以稳定而略有差异的节奏运动的,是那些纯质量成分。随着距离的增加,这些成分逐渐错开节拍,配方重新混合,本来是电子配方的,渐渐看起来就像缪子配方了。

味的基与质量的基之间的这种错位,就是振荡的全部机制,而它之所以存在,纯粹是因为三个质量态有着不同的质量——如果它们全都相等,就不会有错拍,也就不会有振荡。两种描述之间固定的关系,也就是把质量态调和成味态的精确配方,由一张数字表来刻画,叫做 PMNS 混合矩阵。同样的味与质量之分也出现在夸克身上,在那里它被编码在一张姊妹表里,叫 CKM 矩阵。

一个电子中微子大致是两份最轻的质量态、一份中间的质量态,再加上一丁点最重的。由于每一份都按自己的节奏'走表',你一开始的那个混合便稳步地变形——这种变形就是我们探测到的振荡。

一个味态,是三个以不同节奏走表的质量态的固定混合。

两种描述没有哪一种才是'真的'——味和质量只是同一个粒子两套同样有效的基。哪一种显得自然,取决于你是在看中微子发生作用(味),还是在看它传播(质量)。

又称
flavor states vs mass states味态与质量态