中微子可能是已知粒子中最令人费解的。它们的存在是对已知的所有运动的规则的挑衅。人类的探测器是它们的笑料。它们在整个宇宙中无忧无虑地游走，偶尔与我们人类互动一下。

图源：Nicolle R. Fuller/NSF/IceCube

最让人沮丧的是，它们还戴着面具，还不重样，一时一变。

但一项新的实验可能使我们离撕下这些面具更近了一步。揭示中微子的真实身份有助于回答困扰人们很久的问题，例如中微子是否是它们自己的反物质伙伴，甚至会形成统一的有关自然力的理论。

中微子有三种：电子中微子、μ子中微子和τ中微子。它们之所以被这样命名是因为这三种粒子会与三种不同的粒子结合在一起。电子中微子与电子相互作用，μ子中微子与μ子配对，以此类推。

对于非中微子的粒子，比如电子、μ子和τ粒子，人们是所见即所得。如果你发现一个粒子具有电子质量，那么它的行为会和电子的行为完全一样，μ子和τ子也会如此。而且，一旦你发现某个粒子是电子，那么它就永远是一个电子，不多不少，一直那样，μ和τ也一样。

图源：Nicolle R. Fuller/NSF/IceCube

但它们的表亲，中微子就不一样了。

我们所说的“τ中微子”并不总是τ中微子。它可以改变自己的身份。它可能会在夜晚变成电子中微子或μ介中微子或τ中微子。这种奇怪现象被称为中微子振荡。

出于技术上的原因，中微子振荡只有在有三个质量不同的中微子时才起作用。但振荡的中微子不是电子、μ子和τ中微子。

相反，有三个“真正的”中微子，每个中微子不同，且质量未知。这些真实的基本中微子的独特组合创造了我们在实验室中检测到的每一种不同的中微子（电子、μ介子、τ）。所以，实验室测量的质量是那些真正中微子质量的混合物。同时，混合物中每一个真正中微子的质量决定了它每一种口味的变形频率。

物理学家现在的工作是解开所有的关系：那些真正中微子的质量是多少，它们是如何混合在一起形成这三种不同的模样？

因此，物理学家们正在寻找通过观察中微子何时以及多久改变种类来揭示“真实”中微子的质量。再说一次，物理术语在解释这一点时是非常无用的，因此把三个中微子的名字只叫成M1，M2和M3。

各种艰苦的实验已经教会了科学家一些关于真正中微子质量的东西，至少是间接的。例如，我们知道一些质量平方之间的关系。但我们不知道真正的中微子究竟有多重，也不知道哪一个更重。

可能是M3是最重的，远远超过了M2和M1。这被称为“正常排序”，因为它看起来很正常。这也是几十年前物理学家基本上猜测的排序。但根据我们目前的知识状况，也可能是M2是最重的中微子，相比之下，M1不远，而M3微不足道。这种情况被称为“反向排序”，因为这意味着我们最初猜错了顺序。

当然，也有理论家的阵营渴望这些场景中的每一个都是真实的。试图将所有（或至少大部分）自然力统一在同一屋檐下的理论，通常要求中微子的质量顺序是正常的。另一方面，中微子要成为自己的反粒子孪生子，就必须进行反向质量排序。如果这是真的，它可以帮助解释为什么宇宙中物质多于反物质。

为了寻找诸多问题的答案，南极大型冰立方中微子天文台，由数十个沉入南极冰盖的探测器串组成，中央“深海”由八个更有效的探测器串组成，能够看到较低的能量相互作用。

中微子几乎不与正常物质对话，所以它们完全能够直接喷射到地球本身。当它们这样做的时候，它们会变成各种各样的味道。每隔一段时间，它们就会撞击到冰立方探测器附近南极冰盖上的一个分子，引发一连串的粒子，发出一种令人惊讶的蓝光，叫做切伦科夫辐射。正是这个光线被冰块串探测到。

在最近发表在印前期刊arxiv上的一篇论文中，IceCube的科学家利用三年的Deepcore数据来测量每种中微子通过地球的数量。当然，进展缓慢，因为中微子很难捕捉。但在这项工作中。科学家们报告说，这些数据更倾向于正常排序。然而，他们还没有发现任何结论。

不过新的实验，如精确的IceCube下一代升级（Pingu）和深地下中微子实验（Dune），也正在准备解决这个核心问题。对你说这个关于中微子质量排序的简单问题会揭示宇宙的运作方式呢？

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