日本T2K实验近日发现了“撼动宇宙的粒子”中微子和它们的镜像反中微子之间行为差异的最有力证据。
众所周知，宇宙诞生于一次大爆炸。
然而大爆炸之后发生了什么，人类到现在也没完全搞清楚。
比如说，我们发现的物理规律是对称的，那么对称的定律就会让大爆炸产生的正物质和反物质一样多。
但正物质和反物质遇到一起就“灰飞烟灭”，所以如果正反物质一样多，宇宙不会有质子电子，更不会有原子，更不会有生命诞生。
究竟是什么打破了宇宙的对称性？
在本周的《自然》杂志上，研究人员追随Cowan的脚步，认为中微子和反中微子之间的行为差异，或者说不对称性，可能有助于解释宇宙中最大的谜团之一，物质为何多于反物质。
T2K实验证明宇称不守恒
新研究主要归功于日本的T2K粒子物理实验室，T2K意思是日本的东海（Tokai）到神冈（Kamioka），这是一个国际粒子物理合作项目，由数百名物理学家组成。早在2016年，T2K 团队开始看到中微子和反中微子行为不对称的迹象。经过多年的数据收集和分析，他们的最新证据也越来越详实。
T2K实验室
T2K实验室发言人，日内瓦大学的 Federico Sanchez Nieto在《自然》杂志上报道了最新的实验结果。他说: “我很兴奋，因为这是我们第一次有了可靠的证据。”
自20世纪90年代以来，实验发现表明，中微子有三种“味”，分别为电子e、渺子μ和陶子τ中微子。这里说的“味”不是味觉的“味”，而是基础粒子的一种属性。任何一味的中微子都会随着时间变化而“变味”，也就是振荡。
自2010年以来，T2K 的科学家们一直在制造高密度的μ介子中微子和反中微子束，并将它们传送到295公里外的超级神冈探测器中微子观测站，那里有一个地下装有50000吨纯水的大水箱，还装着传感器。
1996年实验初期向水箱中灌水
中微子到达时，会与水箱内的原子相互作用，辐射指示器会发出闪光。科学家们努力想看看，这些中微子和反中微子在它们的“越野旅行”中是否会发生振荡，从 渺子μ 变成了电子e。而一直到2013年7月19日都没有没有观察到振荡迹象。
但最新的数据表明，中微子比反中微子有更高的振荡概率，这种区别可以用宇称不守恒来表示。宇称不守恒，是粒子物理学中的一个术语。它说明在一个物理过程中的宇称对称被破坏了。
实验中，如果宇称守恒，则表明中微子和反中微子行为相同，按道理实验将会检测到大约68个电子中微子和20个电子反中微子。但事实是，实验中发现了90个电子中微子和只有15个电子反中微子，这种中微子和反中微子高度不均等的结果证明，宇称不守恒很可能不仅仅是理论。
研究人员表示，“我们点燃了第一根蜡烛，但是终极大奖——对宇称不守恒的最终发现——还没有到来。”
美国的 NOvA 实验也在检测中微子振荡，用来发现宇称不守恒。但即使把T2K实验室和NOvA的结果加起来，也不能证明结论的完全准确。
未来，美国将于2027年开展一个更大规模的实验，名为 DUNE。T2K 的后续实验叫做 T2HK，应该能够进一步测量到精准的宇称不守恒。
中微子的其他趣闻
最后，还有一事值得分享。
中微子，一直是粒子物理学界的研究热点。
关于中微子的研究，还发生过许多有趣的故事。
比如去年11月，天才数学家陶哲轩破天荒和三位素昧平生的物理学家，一起发表了一个简单方程式，求解特征向量的数学论文，事情的起因就是中微子振荡研究。
三位物理学家在计算中微子振荡概率的时候发现：特征向量和特征值的几何本质，其实就是空间矢量的旋转和缩放。而中微子的三个味（电子，μ子，τ子），不就相当于空间中的三个向量之间的变换吗？
还有“中微子超光速”乌龙记。
2011年9月，意大利OPERA研究组在欧洲核子中心宣布：他们在实验中发现中微子的速度“跑”过了光速。这一发现挑战了爱因斯坦狭义相对论中“光速不可超越”的理论基础，引起极大关注。
不过，2012年初，研究人员发现其实是设备硬件问题造成了“超光速”的结果，闹了个大乌龙。
接下来，为了更精确的结果，各国的科学家们还要继续挖更大的坑、灌更多的水。
中微子和超级神冈是否会成就下一个诺贝尔奖呢？
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