我們所知道的宇宙中的每一種物質都是由相同的幾個基本粒子組成的：夸克、輕子和標準模型中的玻色子。夸克和輕子結合在一起形成質子和中子、重元素、原子、分子和我們所知的所有可見物質。玻色子負責所有粒子之間的作用力，除了暗物質、暗能量以及為什麼我們的宇宙充滿了物質而不是反物質等幾個謎題外，弄明白了這些粒子的規律，則能解釋我們所觀察到的一切。
- 圖注：薩德伯裡中微子天文臺，它在演示中微子振盪和中微子的質量方面起了重要作用。隨著來自大氣、太陽和地面觀測站和實驗的額外結果，我們可能無法解釋僅用3個標準模型中微子所觀察到的全套情況，而無菌中微子作為冷暗物質候選者可能仍然非常有趣。
除了中微子，這一個粒子的行為是如此怪異和獨特，與所有其他粒子不同，以至於它是唯一其特性不能由標準模型單獨解釋的標準模型粒子，以下是原因：
- 圖注：標準模型中的粒子和反粒子遵循各種守恆定律，但某些粒子/反粒子對的習性略有不同，這可能暗示了重子起源。
想象一下，有一個粒子，它具有一些具有內在、明確已知的特定屬性。這些屬性包括：
- 質量
- 電荷
- 微弱的高電荷
- 自旋（固有角動量）
- 彩色電荷
- 重子數
- 輕子數
- 輕子家族
和其粒子一樣，對於一個帶電的輕子，如一個電子，質量和電荷這樣的值是非常精確的，這些值對於宇宙中的每一個電子都是相同的。
電子，像所有夸克和輕子一樣，也具有所有這些其他性質（或量子數）的值。其中一些值可能為零（例如彩色電荷或重子數），但非零的值告訴我們有關每個粒子的附加信息。例如，電子的自旋可以是+1/2，也可以是-1/2，這告訴了你一些重要的東西：這裡有一個自由度。
- 圖注：當一個氫原子包含一個質子/電子與排列的自旋相結合時（頂部），氫原子翻轉成具有反排列的自旋（底部），發射出一個具有非常特徵波長的特定光子時，就產生了21釐米的氫線。在n=1能級中相反的自旋構型代表氫的基態，但其零點能量是有限非零值。這種轉變是物質超細結構的一部分，甚至超越了我們通常經歷的精細結構。對於自由電子和質子，它們有半對半的機會在對齊或反對準狀態下結合在一起。
這就是為什麼，如果你將一個電子與一個質子（或任何原子核）結合，有半對半的機會，電子的自旋將與質子的自旋對齊，而半對半的機會，它們將是反排列的。一個電子的自旋，相對於你選擇的任何一個軸（x，y，z，電子的運動方向，質子的自旋軸等等）都是完全隨機的。
中微子和電子一樣，也是輕子。雖然它們沒有電荷，但它們有自己的量子數。正如電子有反物質對應物（正電子），中微子也有反物質對應物：反中微子。儘管它們是1930年由沃爾夫岡·保利首次提出理論的，但第一次中微子探測直到20世紀50年代中期才開始，實際上涉及到核反應堆產生的反中微子。
- 圖注：中微子最初於1930年提出，但直到1956年才從核反應堆中被發現。在此後的幾十年裡，我們從太陽、宇宙射線甚至超新星中探測到中微子。在這裡，我們看到了上世紀60年代在Homestake金礦進行的太陽中微子實驗中使用的水箱的結構。
根據中微子相互作用產生的粒子的性質，我們可以重建我們所看到的中微子和反中微子的各種性質。其中一個特別突出，與標準模型中的其他費米子不一致：自旋。
還記得電子的自旋為+1/2或-1/2時，有半對半的旋轉機會嗎？嗯，標準模型中的每一個夸克和輕子都是如此，除了中微子。
- 所有六個夸克和所有六個反夸克的自旋都可以是+1/2或-1/2，沒有例外。
- 電子、μ子和τ，以及它們的反粒子，都可以自旋+1/2或-1/2，沒有例外。
- 但說到三種中微子和三種反中微子，它們的自旋受到限制。
- 圖注：從純能量產生物質/反物質對（左）是一個完全可逆的反應（右），物質/反物質湮沒回純能量。當一個光子被創造然後被摧毀時，它會同時經歷這些事件，而完全不能經歷其他任何事情。如果在動量中心（或質量中心）靜止幀中操作，粒子/反粒子對（包括兩個光子）將彼此以180度角相互拉近。
這是有充分理由的，假設你造出了一對物質/反物質粒子，我們可以想象三種情況：一種是電子和正電子對，另一種是兩個光子對（玻色子是它們自己的反粒子），第三種是中微子和反中微子對。從粒子最初從某種形式的能量（通過愛因斯坦E=mc²）產生的創造點開始，你可以想象每種情況下會發生什麼。
1.)如果你造出電子和正電子，它們會以相反的方向相互移動，電子和正電子都可以選擇沿著任何軸旋轉+1/2或-1/2。只要系統的角動量總量是守恆的，電子或正電子的自旋方向就沒有限制。
- 圖注：50%的光子固有左手圓偏振，另50%的光子固有右手圓偏振。每當產生兩個光子時，它們的自旋總是求和，這樣系統的總角動量是守恆的。沒有任何操作可以用來改變光子偏振。
2.) 如果你造出兩個光子，他們也會向相反的方向彼此移開，但他們的自轉受到很大限制。儘管電子或正電子可以在任何方向上自旋，但光子的自旋只能沿著這個輻射量子傳播的軸定向。你可以想象你的拇指指向光子移動的方向，但是旋轉受到手指相對於拇指的旋轉方向的限制：它可以沿著旋轉軸順時針（右手）或逆時針（左手）旋轉（+1或-1；玻色子的自旋是整數而不是半整數），但不允許其他旋轉。
3.)現在，我們來看看中微子和反中微子對，它會變得很奇怪。我們所探測到的所有中微子和反中微子都具有極高的能量，這意味著它們的運動速度如此之快，以至於在實驗上無法將它們的運動與光速區分開來。我們發現，所有中微子都符合左手定則（自旋=+1/2），所有反中微子都符合右手定則（自旋=-1/2），而不是像電子和正電子那樣。
- 圖注：如果你捕捉到一箇中微子或反中微子在一個特定的方向上運動，你會發現它的固有角動量表現為順時針或逆時針旋轉，這與所討論的粒子是中微子還是反中微子相對應。右手中微子（和左手中微子）是真是假，這是一個未解之謎，一旦解開，可能許多宇宙謎團迎刃而解。
在20世紀的大部分時間裡，它被認為是中微子的一個不尋常的屬性：一種被允許的特性，因為人們認為中微子是完全無質量的。但是一系列的實驗和觀測表明，太陽產生的中微子和宇宙射線與地球大氣碰撞產生的中微子具有奇異特性。
一種中微子可以有限的概率振盪成另一種中微子。這種情況發生的可能性取決於許多因素，這些因素仍在探索中，但有一點是肯定的：只有中微子有質量時，這種行為才有可能發生。它可能很小，但必須是非零的。
- 圖注：如果你從一個電子中微子（黑色）開始，讓它穿過空曠的空間或物質，它就會有一定的振盪概率，只有當中微子的質量非常小但不為零時，才會發生這種情況。太陽中微子和大氣中微子的實驗結果彼此一致，但與全套中微子數據不一致。
儘管我們不知道哪些類型中微子具有質量，但我們根據中微子振盪數據，我們可以確定這三個中微子中至少有一個的質量不小於電子伏特的幾百分之一，這是一個下限。
另一方面，katrin實驗的全新結果限制了電子中微子的質量小於1.0ev，而來自宇宙微波背景和重子聲波振盪的天體物理數據限制了這三種中微子的質量之和小於約0.17 ev。中微子的實際質量介於這些上限和振盪信息下限之間。
- 圖注：顯示標準模型費米子質量的對數尺度：夸克和輕子。注意中微子質量的微小。根據katrin的最新結果，電子中微子的質量小於1ev，而從早期宇宙的數據來看，這三個中微子的質量之和可以不大於0.17ev。這是中微子質量的最佳上限。
但這就是最大的謎團所在：如果中微子和反中微子有質量，那麼只要減慢中微子的速度或加快你自己的速度，就有可能把符合左手定則中微子變成符合右手定則粒子。如果你用手指繞著左手大拇指彎曲，並把大拇指指向你，你的手指就會順時針繞著大拇指彎曲。不過，如果你把左手大拇指離你遠一點，你的手指就會反時針彎曲。
換言之，我們只需改變我們相對於中微子或反中微子的運動，就可以改變我們所感知到的中微子或反中微子的自旋。既然所有的中微子都是左手的，所有的反中微子都是右手的，這是否意味著你可以通過改變你的視角，把左手中微子變成右手反中微子？或者這是否意味著左手反中微子和右手中微子存在，但超出了我們目前的探測能力？
- 圖注：十年前的Gerda實驗，對無中和雙β衰變施加了最嚴格的限制。這裡展示的馬約拉納實驗有望最終探測到這種罕見的衰變。
信不信由你，解開這個謎題就可以打開一扇門，讓你明白為什麼我們的宇宙是由物質而不是反物質構成的。從最初的對稱狀態產生物質反物質非對稱性的四個基本要求之一是，如果你用反粒子替換所有粒子，宇宙就會有不同的行為，而在宇宙中，所有的中微子都是符合左手定則，所有的反中微子都符合右定則。
從相反的方向看左手中微子的結果會給你一個暗示：如果你看到右手中微子，那麼它們就存在於這個宇宙中，中微子是狄拉克費米子，對於它我們知之甚少，還有很多東西需要了解。然而，如果你看到一個右手反中微子，那麼中微子就是馬約拉納費米子，並且可能指向物質反物質問題的解決方案。
- 圖注：我們還沒有測量中微子的絕對質量，但我們可以從太陽中微子和大氣中微子的測量中分辨出質量的差別。質量標度約為0.01ev似乎最符合數據，理解中微子性質需要四個總參數（對於混合矩陣）。然而，lsnd 和miniboone 的結果與這張簡單的圖片是不相容的，在未來的幾個月裡應該會得到證實或反駁。
正如我們今天所理解的，我們的宇宙充滿了我們無法解釋的謎題。中微子也許是唯一 一個尚未完全揭示其性質的標準模型粒子，但這裡存在解開謎題的希望。你看，在大爆炸的早期階段，中微子和反中微子大量產生。即使在今天，在我們的宇宙中，平均每立方厘米大約有300箇中微子和反中微子。
但是，那些在宇宙的早期階段形成的星系是特別的：由於它們在我們不斷膨脹的宇宙中存在了這麼長時間，它們現在移動得如此緩慢，以至於它們一定會落入一個巨大的光暈中，這些光暈包圍著每一個星系，包括我們自己的星系。這些中微子和反中微子無處不在，只等著我們去探索。當我們的實驗靈敏度趕上了宇宙中微子的物理現實時，我們將更進一步瞭解我們的宇宙究竟是如何形成的。在那之前，中微子可能仍然是標準模型最大的難題。
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