世间万物的“底部”在哪里？科学家解读中微子的前世今生，最轻粒子藏着宇宙起源的奥秘

在灾难片《2012》中，大量来自太阳的神秘粒子——中微子发生了变异，从内部加热地球，引发火山和海啸，使城市沉入大海。逼真的场景甚至引发了公众的担忧：中微子是什么东西？它真的会毁灭地球吗？

日前，《中微子振荡之谜》一书在上海首发。中国科学院高能物理研究所研究员邢志忠和上海交通大学青年科学家徐东莲，分别从中微子研究的历史、当前最新进展以及未来有望突破的方向等多个角度，为现场观众生动解读中微子的前世今生。

1959年底，物理学大师费恩曼在美国物理学会做了一场题为“底部有足够的空间”（There is Plenty of Room at the Bottom）的经典演讲，被后人称作纳米技术的先知宣言。世间万物的“底部”与“顶部”究竟何在，自然是仁者见仁、智者见智，但它们对应着微观与宇观两个世界，却是不言而喻的。无独有偶，英籍德国经济学家舒马赫在1973年出版了一部题为《小的是美好的》（Small is Beautiful）的畅销书，被誉为可持续发展的先知之作。

如今科学家对“底部”的窥视，早已不限于纳米尺度，而是直达质子直径千分之一的微微微米尺度，即比纳米整整小了9个数量级。也许“底部”的空间之大，远远超过了费恩曼和所有人的想象。

在粒子物理学领域，除了无质量、无结构的光子和胶子，最小的基本粒子当属中微子。作为已知的基本费米子家族的最轻成员，中微子不得不处于质量谱的“底部”，而那里的空间大到允许其中一类中微子的质量无穷小。

中微子到底有多“小”的问题，就如同暗物质到底有多“暗”的问题一样，都是当今粒子物理学和宇宙学的未解之谜。中微子曾被认为和光子一样没有质量，直到20年前，物理学家才利用“中微子振荡”现象揭示出中微子具有微小的质量。这一现象预示着当前粒子物理学的标准模型是不完备的，但中微子振荡之谜至今仍未得到很好的解释。

更令人惊奇的是，中微子其实属于宇宙的“热”暗物质，它们像幽灵一般无处不在，既是宇宙演化的参与者，也是宇宙演化的见证者。

中微子研究涉及当代粒子物理、核物理、天体物理与宇宙学等多个领域，是一把揭开地球、恒星以及宇宙起源等奥秘的钥匙。

新书发布会上，徐东莲以“在南极极点冰川里捕捉宇宙深处的‘幽灵粒子’”为题，讲述了中微子的来龙去脉以及她亲身参与的南极“冰立方”中微子国际合作项目的最新成果，该成果被《科学》杂志遴选为2018年国际最重大科学突破之一。她通过生动形象的照片和动画，向现场观众展示了冰立方光敏探测元件、冰立方探测器的“土建”过程等，介绍了科学家如何利用它们进行实验研究的，还原了冰立方探测到的中微子特征事件。徐东莲总结：“我就是想告诉大家这么一个故事：我们到南极去，把冰层凿开，用另外一种机制仰望星空，看到了另一番天地。”

我国科学家在中微子领域有着举足轻重的地位。由王贻芳等主持的大亚湾中微子实验于2012年发现第三种全新的中微子振荡模式，完善了对三类中微子相互转变的理解，该团队因此荣获2016年基础物理学突破奖——一项奖金比诺贝尔奖还高的国际科学大奖。

邢志忠是我国首位被邀请在国际高能物理会议做大会报告的科学家，《中微子振荡之谜》是他的最新作品。他的演讲“《中微子振荡之谜》——宇宙身边的‘鬼’故事”一开场，立刻把现场气氛带到了高潮。他还幽默风趣地指出，每个人都是中微子源，但幸好你不是探测器！

作者：宣晶

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