记账中的一场危机
现在你已经把轻子当作一个家族来认识，也见过了全部物理学中最守法的规则：能量和动量守恒。在 1920 年代末，这两个观念正面相撞，而正是在这场相撞中，中微子诞生了。麻烦藏在 [[beta-decay|β 衰变]]里——在这个过程中，原子核内的一个中子变成一个质子，并吐出一个电子。纸面上看，它像是一次干净的二体分裂：之前是一个原子核，之后是两个身份明确的东西。
如果 β 衰变真是一次干净的二体分裂，那么逃逸的电子应当总是带走*相同的*能量——由各粒子质量决定，就像后坐的步枪总以固定的速度反弹一样。但实验发现了令人不安的事：电子带着*一整段连续谱*的能量射出，从几乎为零一直到一个陡峭的上限都有。能量看起来在消失，而且不是每次都消失固定的量，而是每一次衰变消失的量都不同。有什么东西没被看见就离开了现场，并把那份缺失的能量一并带走了。
泡利绝望中的假设
沃尔夫冈·泡利——正是提出不相容原理的那位泡利——拒绝放弃能量守恒。1930 年 12 月，他写下了一封如今广为人知的信，开头称呼一场物理学家会议为「亲爱的放射性女士们、先生们」，提出了一剂「绝望的药方」。如果每一次 β 衰变中都有*第三个*粒子离开呢——它不带电、几乎没有重量，轻而害羞到当时任何探测器都看不见它？三个物体分享释放的能量，而三个物体可以以任意方式去分。连续谱便不再是一个悖论，而恰恰成了你应当预期的样子。这就是 [[neutrino-postulate-detection|中微子假设]]。
泡利本人对此并不自豪。据说他懊恼自己做了一件糟糕的事——假设了一种*永远*无法被探测到的粒子，这对物理学家而言近乎作弊。几年后，恩里科·费米把这个想法构建成一套完整的 β 衰变数学理论，并给这种粒子起了它的意大利文名字 *neutrino*——「小小的中性者」——以与重得多的中子区分开来。修正后的 β 衰变图像很简单：一个中子变成一个质子、一个电子，外加一个反中微子。
n -> p + e- + nu-bar old (wrong) two-body view: electron energy is FIXED new three-body view: electron energy is a SPECTRUM
中微子为何是个幽灵
是什么让中微子难以捕捉到近乎不可能的地步？它是一种没有电荷的轻子，因此电磁力——那个让普通物质彼此碰撞的主力——完全无视它。它也不感受强相互作用。它唯一还能参与的基本相互作用，就是 [[neutrino-weak-interaction|弱相互作用]]，而正如你早先所见，弱相互作用名副其实：它既微弱，又只在短得惊人的范围内起作用。一个中微子可以穿过数以万亿计的原子，却几乎从不以恰当的方式靠近某个夸克或电子到足以发生任何事情的程度。
到底有多害羞？来自太阳的一个中微子，在穿越整个地球时大致只有约万亿分之一的概率发生一次相互作用。换个说法：要拦下这样一束中微子中的约一半，你需要一堵厚约一光年的铅墙。此刻，每一秒都有数百万亿个太阳中微子穿过你的身体，日夜不停——到了夜里它们同样轻松地直接穿透整颗行星——而在你的一生中，或许只有一两个会触碰到你体内的某个原子。这才是「幽灵粒子」真正的含义。
捉一个幽灵
泡利担心他的粒子永远无法被看到。出路虽然粗暴，却很简单：既然每个中微子几乎从不相互作用，那就向一台*大型*探测器射入*极其庞大*数目的中微子，然后等待。把极小的截面乘上巨大的通量，再乘上一个大靶子，这道算术最终会给出寥寥几个真实事件。诀窍在于找到一股足够强的中微子洪流——而这股洪流随核反应堆而来，它作为裂变的免费副产品，倾泻出多到难以想象、以万亿计的反中微子。
1956 年，克莱德·考恩和弗雷德里克·莱因斯把掺有镉的水箱安置在萨凡纳河一座强大反应堆的旁边。他们的方案利用了一个名为逆 β 衰变的标志性特征：一个入射的反中微子撞上一个质子，产生一个中子和一个正电子。正电子立刻与一个电子湮灭，闪出两束 γ 射线；几微秒后，中子被一个镉核俘获，释放出又一束 γ 射线。那种精确的*双重闪光、并带着正确的时间延迟*，是任何寻常本底都无法伪造的指纹。
在耗费心力地压低虚假信号之后，那个图样恰如预言般出现了——而把反应堆关掉，它就随之消失。在泡利写信二十六年之后，幽灵成真了。考恩和莱因斯给泡利发去电报报喜；据说他回复道：一切都会眷顾懂得等待的人。莱因斯最终因此分享了诺贝尔奖（考恩多年前已去世，而诺贝尔奖不授予已故者）。
幽灵从何而来——以及我们接下来去往何处
一旦你能探测到它们，就会发现中微子无处不在。中微子来源的清单很长：太阳和其他恒星聚变氢、喷涌出中微子，核反应堆制造它们，宇宙射线轰击大气层制造它们，超新星释放出数量惊人的一阵中微子，而大爆炸则留下了一片充满整个空间的微弱中微子之海。正因为它们几乎不相互作用，它们能从光无法逃出的地方逃出——径直穿出太阳翻腾的核心——带来任何望远镜都无法直接窥见的环境里的消息。
这个发现故事还埋下了又一处转折。泡利的中微子是单独一种粒子。但六种轻子分为三个家族，每个带电轻子都有它自己种类、或称*味*的中微子。太阳只制造电子味的中微子——可后来的实验却发现，抵达的数量远少于太阳必定产出的数量。那个挥之不去的短缺，即太阳中微子问题，正是接下来几篇要去拉动的线头，而它将引向一个发现：这些幽灵能在飞行途中悄然改变自己的身份。