2015 年诺贝尔物理学奖为什么授予「中微子振荡」？该发现对物理学界和普通人有什么影响？

谢邀，我不是这方面的专家，以前量子力学的习题里有以中微子振荡作为背景的计算题。这里的回答们都已经非常好了，我只能再稍稍补充些更简单、更基础的背景，然后提供些材料大家看看。

中微子其实大家也不陌生，之前的大「乌龙」，即「超光速」，说的就是中微子（这一事件的背景参见： 科学网—南方周末：中微子超光速乌龙记 ）。从这个乌龙的事情大家很容易就能明白，中微子的速度的确与光速是接近的。（说到跟光速接近的粒子，大家可以直观地联想一下没有静止质量的光子，这个联想可以让我们从感觉上理解为什么大家曾经认为中微子是没有质量的。）

前面的联想只是某种「感觉」，我们接下来用一个简单的例子来说明为什么标准模型需要无质量的中微子。说到标准模型大家还会有些陌生，不过杨振宁、李政道他们获得诺贝尔奖的工作（宇称不守恒）大家可能会熟悉一些，这一工作也是标准模型的基础之一。中微子在「弱相互作用中宇称不守恒」中有着重要的作用。简单地说，「宇称不守恒」意味着左右是不等价的，换句话说，存在着绝对的左和右，我们总能分辨出什么是真实世界、什么是镜像世界。对中微子而言，真实世界里的中微子，其自旋总是与运动方向相反的。可如果中微子有质量，那么其速度总小于光速，因此我们总可以选择一个（大于中微子速度）更接近光速的参考系，这时看起来，中微子的自旋就可以与运动方向相同了——这样就有问题了，因此中微子如果有质量，就意味着此前的标准模型是不完善的。

而中微子振荡说明了中微子是有质量的（振荡的幅度用中微子混合角描述，而振荡的频率则由两种中微子之间的质量平方差决定）。这种混合直观地理解如下图所示（来源于下面的参考页面 [1]）。这种混合是真正意义上的量子力学的态的混合（联想薛定谔的猫的「生」和「死」态的混合），产生时的弱作用本征态不是质量本征态，而是三种质量本征态的叠加，然而测量（联想薛定谔的猫的打开盒子），就会看到不同的中微子（猫只可能是「死」或者「活」）。从中微子振荡的角度很容易可以理解太阳中微子等问题（太阳中微子流量与理论计算相比出现缺失）。

关于中微子静止质量的意义，很重要的一点是：中微子与光没有相互作用，而它又有静止质量的话，它很可能就是「暗物质」的一种可能的候选。关于这方面的意义，9月份的时候，我还看到 PRL 上发表大亚湾测量的中微子振荡的有关结果，参见： 大亚湾发表迄今最精确的反应堆中微子振荡测量结果 。当时也看到一些新闻稿提到中微子研究（尤其是当下的中微子物理研究）的意义：

中微子研究已进入精确测量时代。提高中微子振荡参数的测量精度对于理解物质与反物质间的不对称性至关重要，这种不对称性很可能解释了宇宙初期，当绝大部分的物质与反物质湮灭之后，剩余的物质构成了我们今天所看到的宇宙。大亚湾的新结果为未来的中微子研究铺平了道路，而大亚湾的前景更加值得期待。

中微子物理研究的意义是全方位的。举个例子（也是吐个槽），跟生物类的杂志比起来，PRL 的影响因子一直并不高，然而大亚湾中微子实验（ ）的文章，一举拉升了 PRL 的影响因子，至少这说明中微子物理的研究是非常重要的基础性工作。

说来说去似乎没有提到「对普通人的影响」，事实上，各种探测器的建设、各种基础元器件的引进和技术进步对我们的生活也可能有很重要的意义，当然，也会拉动经济和某些行业的发展。中国正在成为中微子物理方面的中心，这些研究中心的建设也会在未来留下某些「种子」。在我看来，国际合作和人才培养可能会是其中最重要的「种子」。

此外，对这个问题有兴趣的朋友还请参考：

[1] 大亚湾反应堆中微子实验简介----大亚湾反应堆中微子实验工程
[2] 曹俊《中微子——通往新物理之门》
http://www.ihep.cas.cn/dkxzz/juno/kpyd/201503/P020150302604342579550.pdf
[3] 科学网—破解太阳中微子失踪之谜
[4] 曹俊 《大亚湾与江门中微子实验》 http://www.ihep.cas.cn/dkxzz/juno/kpyd/201503/U020150302603241564711.pdf

来源：知乎 www.zhihu.com
作者： 傅渥成

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