科学超级神冈探测器捕捉到了什么？小小中微子是否能解释整个宇宙？( 二 ) |

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六种类型的夸克及其对应的反夸克，不同色荷也有其对应的反色荷（图片来源：LEGO）
未参与T2K合作项目的英国达勒姆大学（Durham University）物理学家西尔维娅·帕科利（Silvia Pascoli）说，还有一些关于另一种差异的理论，涉及一种叫做轻子的粒子。
轻子是像中微子、介子和电子这样的粒子。她告诉《生活科学》，如果轻子和其反物质对应物之间存在不对称性，那么随着时间的推移，不仅仅是物质轻子，构成原子大部分质量的物质重子的也会过剩。

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中微子是一种难以捉摸的亚原子粒子。在宇宙的四种基本力中，中微子只与两种力相互作用——引力和弱力，这两种力导致了原子的放射性衰变。中微子几乎没有质量，以接近光速在宇宙中穿梭。（图片来源：Shutterstock）
T2K合作组织对这个水箱里的水进行了研究，试图寻找轻子不对称性的证据，物理学家认为，当中微子从一种类型“振荡”到另一种类型时，轻子不对称性就会变得可见。
中微子可能成为关键所在
中微子有三种类型：电子、μ子和τ子。每种类型都有自己的反中微子。所有这些粒子——中微子和反中微子——都会振荡，这意味着它们会从一种类型转变到另一种类型。 μ子中微子可以变成τ子中微子或电子中微子， μ子反中微子可以振荡成τ子反中微子或电子反中微子。
【科学超级神冈探测器捕捉到了什么？小小中微子是否能解释整个宇宙？】

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中微子有三种类型：电子中微子（Electron Neutrino）、μ子中微子（Muon Neutrino）和τ中微子（Tau Neutrino），这些分类被称为中微子的“味”（Flavor）。中微子也按“质量”（Mass）分类，中微子1、中微子2和中微子3的质量分别为：m1、m2和m3 。味和质量的分类是相互混合的，味本征态和质量本征态不能同时确定。举例来说，电子中微子是中微子1、中微子2和中微子3的混合态。（图片来源：Super-Kamiokande, ICRR, University of Tokyo）
然而，这些振荡需要时间。这就是为什么T2K合作组织将中微子束发生器和水箱（超级神冈探测器）分别置于相隔数百英里的两个地方。这给了μ子中微子束振荡成电子中微子的时间，这正是T2K所要研究的振荡过程。

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中微子具有粒子和波的性质，因此，中微子1、中微子2和中微子3各自具有不同的质量本征态，它们作为具有不同频率的波在空间中传播。中微子的味道被确定为质量本征态的叠加。味的类型是振荡的，因为波的相位是变化的。这种现象叫做中微子振荡。（图片来源：Super-Kamiokande, ICRR, University of Tokyo）
即使这样，电子中微子也很难被探测到。只有极少数电子中微子通过超级神冈探测器撞击到水分子中，变成一个具有微弱模糊光环特征的电子。
尽管如此，哈茨说，经过多年的努力，他们的中微子束从一个又一个短脉冲中被发射出来，超级神冈探测器的水下光子探测器现在已经在它的中微子和反中微子模式下看到了数百次振荡，这足以得出一些真实的结论。

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超级神冈的水箱里遍布着一种叫做“光电倍增管”的探测器。当中微子与水中的一个原子碰撞产生一个电子时，物理学家可以追踪电子的路径，精确定位中微子的源（无论是垂死的恒星、灾难性的宇宙事件，还是我们的太阳）的位置。（图片来源：Kamioka Observatory, ICRR, University of Tokyo）