“哪个中微子？”有两种问法
上一篇给我们留下了一个本该让人觉得不可能的判决：太阳发出的电子中微子，有三分之二在赶来的途中失踪了，而它们并没有被吸收——它们是在*变成别的味*。要看清一个粒子怎么能做到这件事，我们得放慢脚步，留意一桩我们多数人想都不想就默认了的事。当你给一个中微子贴标签时，你其实可能在问两个截然不同的问题，而大自然并不要求这两个问题的答案彼此一致。
第一个问题是它是怎么诞生的。在 β 衰变中与一个电子一同生成的中微子，按定义就是*电子中微子*；与一个 μ 子一同生成的，就是 *μ 子中微子*。这是味身份——它是弱相互作用唯一能看见的东西，也是探测器实际测量到的东西。这三种中微子味，就是我们前几篇里认识的那些标签。
第二个问题是它有多重。一个质量确定的粒子，是那种以确定而稳定的节奏穿行于空间的东西——它是天生的“旅行者”。我们就把这三个叫做*质量态*，按重量从轻到重，干脆标作 1、2、3。振荡的全部秘密就在于此：味态和质量态，并不是同样的三样东西。 一个以确定的味诞生的中微子，*并没有*确定的质量；而一个质量确定的中微子，*也没有*确定的味。这一分裂，正是味本征态与质量本征态这个说法所命名的东西。
是混合，不是一一对应
如果味和质量是两套不同的记账，它们又如何彼此关联？中微子能拥有的每一种味，都是那三个质量态的某种特定*调配*。一个电子中微子并不就是质量态 1——它是，比方说，大部分是 1，掺上一点 2，再加一撮 3。一个 μ 子中微子，是同样三种原料的另一份配方；一个 τ 子中微子，则是第三份配方。味是质量的三种特定混合；质量也是味的三种特定混合。没有什么被藏起来——只不过是这两套标签，彼此之间被“旋转”了一个角度而已。
这是量子叠加一个真切而具体的实例。这个想法我们早先见过：一个量子系统在被某物测量之前，可以真真切切地同时是好几个态的加权组合。一个电子中微子*就是*三个质量态的一种叠加——不是某个我们碰巧不了解的质量态，而是一份如假包换的调配。当探测器逼问“你是什么味？”时，回答可能是电子、μ 子或 τ 子，各自的概率，由这份调配演化到了什么程度来决定。这一演化就是故事的全部，我们接下来便去看它。
调配为何会漂移：三只走得不齐的钟
把三个质量态想象成三只在诞生那一刻被一齐拨动的小钟。在量子力学里，一个质量确定的运动粒子，带有一个随其前进而向前“嘀嗒”的内在相位——而这“嘀嗒”的快慢，取决于它的质量。既然这三个质量态的重量略有差异，它们的钟便以略有不同的快慢走着。它们起初完全同步（这正是它能构成一个纯粹的电子中微子的原因），但随着中微子飞行，这几只钟渐渐错开了。
当这些钟漂移开来，那份调配就不再是电子中微子的配方了——它如今部分地与 μ 子中微子的配方重叠，部分地与 τ 子的重叠。在那里测量它，你就可能发现一个 μ 子中微子。继续飞行，这些钟最终又会滑回到对齐的方向，恢复出一部分电子味。味的含量随着距离平滑地起起伏伏，像一次缓慢的心跳——正是这种周期性的起伏，让我们把它称作[[neutrino-oscillation|振荡]]。
有两样东西在为这次心跳调音。钟漂移开来的*快慢*，取决于质量平方之差——也就是质量劈裂。而摆动的*幅度*——味最多能改变多少——则取决于味与质量混合得有多彻底，由混合角来刻画。这两个量合在一起，即混合角与质量劈裂，恰恰就是振荡实验被造出来要测量的对象。这里有一条小小的诚实告诫：振荡告诉我们的是质量之间的*差*，从来不是质量本身——所以它证明了这几个质量并非全都相等，却无法告诉我们任何一个中微子究竟有多重。
PMNS 矩阵：那张配方卡
所有这些配方——每个质量态有多少份掺进每一种味——都被汇集进一张整洁的表里，叫做[[pmns-matrix|PMNS 矩阵]]（取自庞蒂科沃、牧、中川、坂田这四位物理学家的名字）。横着读一行，它告诉你某一种味的调配；竖着读一列，它告诉你某个给定的质量态会在哪些味里现身。它简直就是一部字典，在弱相互作用所说的味的语言，和支配着旅行的质量的语言之间来回翻译。
| nu_e | | U_e1 U_e2 U_e3 | | nu_1 | | nu_mu | = | U_m1 U_m2 U_m3 | * | nu_2 | | nu_tau | | U_t1 U_t2 U_t3 | | nu_3 | flavor PMNS matrix mass P(nu_mu -> nu_e) ~ sin^2(2*theta) * sin^2(1.27 * dm2 * L / E)
因为有三种味在混合，要完整描述这个旋转，需要三个混合角（外加一个额外的数字，一个相位，我们马上就会遇到它）。实验如今已经把这三个角全都钉死了，而它们讲出了一个出人意料的故事。其中两个角很大——混合得相当慷慨，甚至接近最大——这与夸克的世界判若云泥，那里类似的混合小得可怜。没有人知道，为什么中微子混合得如此自由，而夸克却几乎纹丝不动；这是一条我们还不懂如何解读的线索。
这张配方卡已经解决的，和它仍然藏着的
退后一步看，回报是巨大的。PMNS 矩阵外加几个质量劈裂，干净利落地解释了太阳中微子问题：诞生于太阳核心的电子中微子，在往外走的途中就振荡掉了，所以那些主要对电子味敏感的探测器，只看见了存活下来的那一部分。（完整的太阳故事还有一个额外的曲折，来自中微子穿过致密物质时所受的增强效应——但其核心，正是我们在这里搭建起来的味混合。）同一套框架，只用一小撮共享的数字，就解释了大气、反应堆和加速器中微子。一个机制，许多实验，全都自洽。
但这张配方卡仍藏着两个大秘密，而它们正是这一领域眼下绷得最紧的地方。其一，振荡只给了我们质量之间的*间隙*，而非它们的排序——我们知道有一对相差了一点点、另一对相差得更多，却不知道那个落单的态，是坐在阶梯的顶端还是底端。这个悬而未决的问题就是中微子质量排序，也正是下一篇开篇要讲的悬念。其二，矩阵里那个额外的相位，能让中微子和反中微子振荡得略有不同——这是轻子部门里的一种 CP 破坏，若得到确认，它可能是宇宙由物质而非空无一物构成的原因之一。