過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)對(duì)物理學(xué)來(lái)說(shuō)是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻。我們預(yù)測(cè)并發(fā)現(xiàn)了中微子，進(jìn)一步還發(fā)現(xiàn)中微子會(huì)在三種口味之間振蕩或變化。但一些實(shí)驗(yàn)表明，中微子并沒有像預(yù)期的那樣振蕩。一個(gè)可能的原因是：一種未被發(fā)現(xiàn)的第四類中微子。
這里的無(wú)菌是指這種中微子的相互作用特性。物理學(xué)家已經(jīng)看到了一些異常的振蕩結(jié)果，我們需要一種不同類型的中微子來(lái)解釋這些有趣的行為。這種輕質(zhì)無(wú)菌中微子不會(huì)像其他中微子那樣通過(guò)弱力相互作用，它只會(huì)通過(guò)引力相互作用。換句話說(shuō)，它根本不會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)模型中的任何粒子交互。
到目前為止，我們所學(xué)到的一切都告訴我們，大自然喜歡將基本粒子分成三部分。我們有三個(gè)正夸克和三個(gè)負(fù)夸克配對(duì)在一起，三個(gè)帶電輕子和三個(gè)中微子也相互配對(duì)。這是粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，這是一個(gè)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了該領(lǐng)域無(wú)數(shù)觀察結(jié)果的理論，標(biāo)準(zhǔn)模型中沒有第四個(gè)中微子的空間。
第四個(gè)中微子的想法并不新鮮，它是50多年前由Bruno Pontecorvo提出的，他認(rèn)為振蕩是戴維斯實(shí)驗(yàn)中缺少太陽(yáng)中微子的解決方案。他不僅考慮了兩個(gè)活躍的中微子之間的振蕩，他還推測(cè)了額外的無(wú)菌中微子可能會(huì)是什么樣子。直到最近，當(dāng)實(shí)驗(yàn)觀察將一種可能性推回到前景時(shí)，物理學(xué)界才非常重視輕無(wú)菌中微子的存在。
那么是哪些實(shí)驗(yàn)？20年前在美國(guó)新墨西哥州開始，液體閃爍體中微子探測(cè)器（LSND）在其振蕩測(cè)量中發(fā)現(xiàn)了額外的電子中微子，這遠(yuǎn)不止是簡(jiǎn)單的三個(gè)中微子框架所描述的。第四個(gè)中微子為這種差異提供了極好的解釋。美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室也建立了一個(gè)中微子實(shí)驗(yàn)來(lái)確定LSND電子中微子過(guò)剩是否真實(shí)。他們能最終也觀察到了一些異常現(xiàn)象，這是一個(gè)完全獨(dú)立的結(jié)果。
當(dāng)然，這些數(shù)據(jù)也不能完全令人信服，而且還有很多其他的解釋。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都沒有真正證明我們已經(jīng)看到了輕的無(wú)菌中微子。是否有任何實(shí)驗(yàn)證據(jù)與第四個(gè)中微子的可能性相矛盾？通過(guò)研究一種叫做Z玻色子的重中性粒子，一些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)中微子的總數(shù)是3。Z玻色子的衰變率與中微子總數(shù)之間存在關(guān)系，測(cè)量這些速率表明中微子的數(shù)量為3。但有人提出，這個(gè)實(shí)驗(yàn)本身就只考慮了三種活躍的中微子，所以并不能排除它的存在。
無(wú)菌中微子的謎題還在繼續(xù)。
