中微子可能是已知粒子中最令人費解的。它們的存在是對已知的所有運動的規則的挑釁。人類的探測器是它們的笑料。它們在整個宇宙中無憂無慮地遊走，偶爾與我們人類互動一下。

圖源：Nicolle R. Fuller/NSF/IceCube

最讓人沮喪的是，它們還戴着面具，還不重樣，一時一變。

但一項新的實驗可能使我們離撕下這些面具更近了一步。揭示中微子的真實身份有助於回答困擾人們很久的問題，例如中微子是否是它們自己的反物質夥伴，甚至會形成統一的有關自然力的理論。

中微子有三種：電子中微子、μ子中微子和τ中微子。它們之所以被這樣命名是因爲這三種粒子會與三種不同的粒子結合在一起。電子中微子與電子相互作用，μ子中微子與μ子配對，以此類推。

對於非中微子的粒子，比如電子、μ子和τ粒子，人們是所見即所得。如果你發現一個粒子具有電子質量，那麼它的行爲會和電子的行爲完全一樣，μ子和τ子也會如此。而且，一旦你發現某個粒子是電子，那麼它就永遠是一個電子，不多不少，一直那樣，μ和τ也一樣。

圖源：Nicolle R. Fuller/NSF/IceCube

但它們的表親，中微子就不一樣了。

我們所說的“τ中微子”並不總是τ中微子。它可以改變自己的身份。它可能會在夜晚變成電子中微子或μ介中微子或τ中微子。這種奇怪現象被稱爲中微子振盪。

出於技術上的原因，中微子振盪只有在有三個質量不同的中微子時才起作用。但振盪的中微子不是電子、μ子和τ中微子。

相反，有三個“真正的”中微子，每個中微子不同，且質量未知。這些真實的基本中微子的獨特組合創造了我們在實驗室中檢測到的每一種不同的中微子（電子、μ介子、τ）。所以，實驗室測量的質量是那些真正中微子質量的混合物。同時，混合物中每一個真正中微子的質量決定了它每一種口味的變形頻率。

物理學家現在的工作是解開所有的關係：那些真正中微子的質量是多少，它們是如何混合在一起形成這三種不同的模樣？

因此，物理學家們正在尋找通過觀察中微子何時以及多久改變種類來揭示“真實”中微子的質量。再說一次，物理術語在解釋這一點時是非常無用的，因此把三個中微子的名字只叫成M1，M2和M3。

各種艱苦的實驗已經教會了科學家一些關於真正中微子質量的東西，至少是間接的。例如，我們知道一些質量平方之間的關係。但我們不知道真正的中微子究竟有多重，也不知道哪一個更重。

可能是M3是最重的，遠遠超過了M2和M1。這被稱爲“正常排序”，因爲它看起來很正常。這也是幾十年前物理學家基本上猜測的排序。但根據我們目前的知識狀況，也可能是M2是最重的中微子，相比之下，M1不遠，而M3微不足道。這種情況被稱爲“反向排序”，因爲這意味着我們最初猜錯了順序。

當然，也有理論家的陣營渴望這些場景中的每一個都是真實的。試圖將所有（或至少大部分）自然力統一在同一屋檐下的理論，通常要求中微子的質量順序是正常的。另一方面，中微子要成爲自己的反粒子孿生子，就必須進行反向質量排序。如果這是真的，它可以幫助解釋爲什麼宇宙中物質多於反物質。

爲了尋找諸多問題的答案，南極大型冰立方中微子天文臺，由數十個沉入南極冰蓋的探測器串組成，中央“深海”由八個更有效的探測器串組成，能夠看到較低的能量相互作用。

中微子幾乎不與正常物質對話，所以它們完全能夠直接噴射到地球本身。當它們這樣做的時候，它們會變成各種各樣的味道。每隔一段時間，它們就會撞擊到冰立方探測器附近南極冰蓋上的一個分子，引發一連串的粒子，發出一種令人驚訝的藍光，叫做切倫科夫輻射。正是這個光線被冰塊串探測到。

在最近發表在印前期刊arxiv上的一篇論文中，IceCube的科學家利用三年的Deepcore數據來測量每種中微子通過地球的數量。當然，進展緩慢，因爲中微子很難捕捉。但在這項工作中。科學家們報告說，這些數據更傾向於正常排序。然而，他們還沒有發現任何結論。

不過新的實驗，如精確的IceCube下一代升級（Pingu）和深地下中微子實驗（Dune），也正在準備解決這個核心問題。對你說這個關於中微子質量排序的簡單問題會揭示宇宙的運作方式呢？

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