N欧特里诺物理学充满了不同寻常的特征。有一个叫埃托雷·马约拉纳的人，他于1938年失踪，身上带着他的积蓄，毫无踪迹。尽管多年来有无数有争议的人见到过他，但从未发现过他的记录。
还有布鲁诺·庞特科沃。由于被怀疑将核机密带出英国，他于1950年在意大利度假时失踪，并在5年后重见天日，歌颂他的新祖国苏联。
然而，最奇怪的是中微子本身。它是电中性的，粒子探测器无法探测到它，而且奇怪的是它的重量很轻，最多是次轻粒子电子的0.0004%。虽然它是宇宙中质量最大的粒子，但它非常滑，可以穿过一光年的铅，就像它不存在一样。还有变形的问题。
中微子有三种类型:电子、介子和tau，每一种都以与之相关的带电粒子命名。但这些味道并不是纯粹的精华——每一种味道都是由三种不同成分或质量状态的不同组合(或叠加)组成的。
它们是如何获得质量的，这是物理学家对禅宗公案的解读，他在思考单手拍手的声音。
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从第一次对暗物质进行直接搜索到现在已经过去了30年，这是一次温和的尝试，试图回收最初为另一个目的而建造的粒子探测器的数据。这项工作是对理论物理学家提出的建议的迅速回应。阅读更多
这些质量状态不是简单的不同重量的哑铃，而是不同长度的波。因为波不是完全对齐的，在不同的点，一个质量态的高度会相对于另外两个的高度而变化。这意味着，有时质量态的组合最类似于电子中微子的配方，而在其他时候，它看起来像介子中微子的配方。因此，中微子在运动时似乎会在这三种口味之间振荡。
没有其他基本粒子会这样做。伊利诺斯州埃文斯顿西北大学的André de Gouvêa说:“只有中微子可以从一种类型变成另一种类型。”这种在飞行中变异的能力不仅仅是大自然的一种怪僻，它指向了物理学中一些深刻的问题，并可能给出一些重要的答案。
N如果不是因为中微子的极小质量，中微子突变是不可能的。由于这三种已知的质量状态都非常小，而与之相关的量子波长又非常长，所以与每一种状态相对应的波可以在宇宙距离内基本上保持同步，只需要很小的偏移。这使得中微子在短暂的多重状态下在不同的口味之间闪烁。
如果它们的质量更大，波长更短，这些波就会很快变得相位失调，不同味道之间的刀锋平衡就会崩溃，迫使中微子变成这样或那样的类型。“不同的口味会彼此分离，”de Gouvêa说。“它们的行为是非常二元的。”哥本哈根大学的中微子研究员杰森·科斯基宁说，由于中微子的质量状态很小，根据量子力学的规则，中微子不存在的事实是有道理的，但这仍然是令人费解的。他承认:“我还没想好这个问题。”
只有一个障碍：中微子本不应该有任何质量。麻省理工学院（MIT）的珍妮特·康拉德（Janet Conrad）说：“我们围绕中微子是无质量的这一理念建立了标准模型。”。
它们有质量的事实，无论多么小，都是一个大问题。标准模型是物理学家们关于粒子和力如何相互作用的最佳想法——这是一座非常坚固的大厦，它的建造于2012年完成，当时它发现了最后一个缺失的粒子，希格斯玻色子。科斯基宁说:“中微子振荡是目前唯一可以在标准模型之外得到证实的物理学。”
中微子质量如此棘手的原因与任何粒子如何获得其质量有关。其他具有质量的基本粒子有两种镜像形式，一种是左手，另一种是右手，与它们的自旋方向相对应。每一种形式都可以与不同的自然力相互作用，而且似乎需要双手来赋予粒子质量，这要归功于它们与遍布整个空间的不可见量子“以太”的相互作用：希格斯场，其特征粒子是希格斯玻色子。
希格斯场的作用有点像一面镜子，把一个自旋一次的粒子变成它的反镜。“这个想法是，每隔一段时间，一个左手粒子会撞击希格斯场，并转化为一个右手粒子，”de Gouvêa说。“总的效果是，它看起来像一个有质量的粒子。”
它是如此罕见，以至于人们通常认为它发生的时间尺度要比宇宙的年龄长得多。
相比之下，中微子只与一只手的弱核力相互作用（从技术上讲是重力，但与其他力相比，这种力的强度可以忽略不计）。事实上，只观察到左手中微子。根据标准模型，如果中微子没有镜面反射，它们就应该没有质量，因此它们如何获得质量是物理学家版的禅宗公案（Zen koan）在思考一只手拍手的声音。“许多研究这一课题的粒子物理学家对此感到困惑，”德古瓦说。
一种可能是中微子确实有反射，但只有它们能看到。也就是说，存在右撇子中微子，但它们的存在尚未被探测到，因为它们比左撇子中微子更加孤立，而且没有质量。“这种粒子不受任何力的影响，”de Gouvêa说。“它实际上不与任何东西相互作用，除了与给它质量的左旋中微子相互作用。”
H中微子如何获得质量是一个谜，它的解决方案有望超越中微子物理学本身的边界，进入宇宙学的最大问题之一:为什么宇宙中物质比反物质多?根据标准模型，大爆炸之后应该产生等量的物质和反物质。当物质和反物质相遇时，它们立即完全湮灭。所以大爆炸应该会导致一连串的大火灾。我们今天在这里的事实表明，一些过程扭转了局势，留下了更多的物质。“平等是如何演变成不平等的?”伊利诺伊州巴达维亚费米实验室的中微子理论家Boris Kayser问道。“物质和反物质的行为必须不同。”许多物理学家怀疑中微子在这种不平衡中扮演了一个角色——但如果它们真的扮演了角色，它们不可能像其他粒子那样获得质量(通过右撇子与标准希格斯场相互作用)。
幸运的是，这其中存在一个漏洞，这个漏洞是在近80年前由神秘的马约拉纳人提出的。中微子反粒子（反中微子）不需要单独调用右手物质中微子，而可以作为左手物质中微子的质量伙伴。毕竟，反中微子是右撇子。不过，要想让这一点起作用，中微子必须是它们自己的反粒子。这意味着，如果两个中微子相遇，它们会立即湮灭。
测试这种情况是否发生的一种方法是寻找放射性粒子衰变，这些衰变应该会留下两个反中微子的迹象，但却没有——大概是因为反中微子本身就是反粒子，在形成后立即湮灭了。除了大约十年前报道的一个有争议的结果外，这种被称为无中微子双β衰变的特征还没有被发现。这并不意味着这个过程(两个中子衰变产生两个质子和两个电子)不存在:它是如此罕见，以至于它通常预计会在比宇宙年龄更长的时间尺度上发生。
但并非总是如此。从统计学上讲，衰变可以在实验室中检测到的时间尺度上发生。“如果我们被告知只能用一种方法，而且只能用一种方法来寻找中微子质量，那么无中微子双β衰变可能是最优先考虑的，”de Gouvêa说。包括意大利CUORE和加拿大SNO+实验在内的几项新研究，旨在仔细检查诸如碲等元素的放射性衰变，以发现反中微子的缺失。
如果中微子本身不是反粒子，那么无中微子的衰变就永远不会发生。相反，这两个中子会留下两个质子、两个电子和两个反中微子。在这种情况下，物质和反物质轻子(即中微子、电子、介子和粒子)数量的差值在衰变前后都为零。然而，如果中微子本身就是反粒子，那么两个轻子(电子)就会在衰变后留在原地，而没有反轻子。最终结果将是物质轻子数量的增加，而反物质轻子的数量则会减少。在早期宇宙中运行的类似过程，或许正好可以解释宇宙中物质和反物质之间的差异。
对于对宇宙本质感兴趣的宇宙学家来说，这是一个很有前途的方向。但是，这也意味着需要一些新的物理学来解释中微子是如何获得质量的;通常左手粒子、右手粒子和希格斯粒子之间的相互作用不会起作用。
一种观点认为中微子有自己的希格斯场，就像一面镜子，只反射中微子而不反射其他粒子。“这就像中微子需要自己的希格斯玻色子一样，”de Gouvêa说。
台湾新竹国家理论科学中心的陈建树(Chian-Shu Chen)和台北国立台湾大学的郑雅娟(Ya-Juan Zheng)计算出，这种新的希格斯玻色子有可能出现在瑞士的大型强子对撞机(Large Hadron Collider)上。“我们希望中微子质量机制有机会在大型强子对撞机的范围内被揭示，”陈说。
但他承认，如果这种情况发生了，那将是“非常幸运”的，因为物理学家通常认为，新粒子产生的能量会远远高于LHC所能达到的能量。德国海德堡马克斯-普朗克核物理研究所的阿列克谢·斯米尔诺夫(Alexei Smirnov)对此表示赞同。他说:“我把这种活动叫做‘在灯下搜寻’。”“除了在大型强子对撞机上制造一些可观测的东西外，没有其他严肃的动机。”
庞特科沃的叛变导致了他妻子的精神崩溃。
另一种可能是添加一种或多种额外类型的中微子，它们甚至比普通中微子更不善于交际。这类似于简单地添加一个右旋中微子的想法，除了在这种情况下，额外的中微子与自身相互作用，以提供自己的质量。它被称为大质量的“无菌”中微子，因为它只能通过引力作用影响其他粒子。“左撇子有他们自己的质量，右撇子也有他们自己的质量，”马里兰大学帕克分校的Rabindra Mohapatra说。
如果“惰性”中微子存在，那么它的质量应该与普通中微子的质量成反比，就好像是跷跷板的两端。Mohapatra说，这可能有助于解释基本粒子质量分布中的一个令人困惑的差距。组成质子和中子的夸克的质量大约是电子的10倍，但电子的质量至少是下一个最轻的粒子——中微子的25万倍。“我们一直担心中微子质量似乎比电子质量小得多的事实，”Mohapatra说。在35年前莫哈帕特拉帮助建立的跷跷板机制中，如果有非常重的贫瘠粒子，则可以解释普通中微子的极低质量。
跷跷板机制可能产生奇异的带电粒子，这些粒子将出现在LHC质子碰撞的碎屑中。de Gouvêa说，找到大量不育中微子的证据将是令人兴奋的，“因为它将告诉我们，中微子质量是除普通希格斯场外基本粒子的其他独立质量源的证据”。这样的发现将触及质量起源的核心，质量起源是物理学中最基本的问题之一。
至于第一个提出中微子可能会改变形状的人庞特科沃，他自己的生活如果不是跷跷板，那就什么都不是了。他很快就后悔投奔了苏联。“几年后，我明白了我是一个多么愚蠢的人，”Pontecorvo在他去世前一年的1992年告诉记者。但为时已晚。曼彻斯特大学的科学历史学家蓬泰科尔沃传记作家Simone Turchetti说，他的背叛阻止了他出国旅行多年，促成了妻子的神经崩溃，讽刺的是，他把他从他可能离开英国的核反应堆研究中排除出来。“这确实是一个关于一个人在两个完全不同的世界里过着完全不同的生活的故事，”图切蒂说，就像他研究的粒子一样。
玛吉·麦基(Maggie McKee)，自由撰稿人，主要研究天文学和物理学。曾任新科学家和天文学她和丈夫住在波士顿附近。
