中微子難以捕捉、無處不在的性質，讓它博得了?幽靈粒子?的稱號，人們首次在核反應中發現中微子以後，壹直認為其為0質量粒子，但後來太陽中微子的消失之謎，也稱為太陽中微子振蕩問題預示著標準模型預測的錯誤。今天我們就說下，何為中微子振蕩？為什麽說中微子有質量呢？
當然，這要從我們頭頂的太陽說起
當我們仰望天空中那顆賦予生命的熾熱等離子球時，妳可能會想，到底是什麽在驅動著太陽。
在19世紀後期，我們所知道的基本力有萬有引力和電磁力，而對核力的理解仍然相當匱乏。放射性和核嬗變的現象剛剛被人們發現，因此當時想解釋為什麽太陽會如此強烈地、如此長時間地發光，完全是建立在不充分的假設之上的。
當時對於太陽的壽命，最好的估計來自開爾文勛爵，他認為在長時間內，唯壹能讓太陽發出如此巨大能量的力就是引力。引力收縮可以讓太陽在1000萬年的時間尺度上提供巨大的能量輸出。但是，鑒於生物學家或地質學家對地球上豐富的生命化石或巖石等特征的年齡了解，發現這樣估計出來的太陽年齡嚴重不足的，可以肯定的是，太陽肯定不會比地球還年輕！
在宇宙中，確實有壹些物體是由開爾文-赫爾姆霍茲機制驅動的，它們通過引力收縮來釋放能量：白矮星。但這些並不能代表我們太陽系中心的恒星。
直到20世紀，人們發現了質量可以通過核反應等過程轉化為能量，我們才對太陽（和恒星）如此長時間地燃燒有了壹個合理的解釋。通過核聚變的過程，輕元素（如氫）被轉化為重元素（如氦），在這個過程中會釋放出大量的能量！
天狼星A (L）是壹顆正在經歷核聚變的恒星；天狼星B (R）是壹顆正在經歷開爾文-赫爾姆霍茲機制收縮的白矮星。
太陽的核聚變會釋放電子中微子
在其45億年的生命周期中，太陽通過E = mc^2將近10^29千克的氫轉化為氦，從而將壹個土星的質量轉化為了純能量。盡管認識太陽是壹個困難的過程，但我們認為現在已經搞清楚了核物理是如何工作的。
在大約400萬開爾文的溫度下，所有的原子都會被電離，只要能量足夠高，恒星核心的兩個質子可以克服它們相互之間的靜電斥力，使它們足夠接近，從而有可能融合在壹起。這要歸功於量子力學，使粒子的波函數可以足夠好的重疊，所以兩個粒子才能被束縛成更重的狀態。然後雙質子經歷?＋衰變就產生了氘，它是由質子和中子結合在壹起構成的。
氘比兩個氫輕壹點，在?＋衰變的過程中會產生另外兩個粒子：壹個正電子，用來保持電荷守恒，壹個電子中微子，用來保持輕子數守恒。
然後兩個氘可以通過鏈式反應融合在壹起，形成氦-3和氦-4，這是地球上（以及恒星中）最常見的氦同位素。總之這個過程就是四個氫原子融合產生壹個氦原子、兩個正電子和兩個電子中微子。雖然核聚變反應通過E = mc^2釋放的能量（以及與電子湮滅以產生更多高能量光子的正電子）是恒星的能量的來源，但中微子本身會從太陽中逃逸。它們中的壹些會達到地球。這就是問題開始的地方。
太陽中微子消失之謎
在20世紀50年代，我們首次從核反應堆中探測到了中微子（以及它們的反物質對應物：反中微子）。
當人們發現中微子確實存在，而且它們攜帶著大量的能量時，我們學到了兩件重要的事情：
中微子的反應橫截面，或者說它與普通物質相互作用的頻率，既依賴於能量又非常小，但可以測量，而且如果我們為中微子建立壹個探測器，並知道它們的通量和能量，我們應該能夠準確地預測相互作用速率。這似乎是壹場完美的風暴！我們知道太陽的物理學以及核反應是如何發生的。我們知道中微子，它們的橫截面是什麽，以及橫截面如何作為能量的函數。我們甚至相信我們有壹個很好的太陽內部模型以及它產生中微子的性質。
在20世紀60年代，當人們第壹次測量來自太陽的中微子流時，結果只探測到了理論預期三分之壹的中微子，那剩下的中微子去哪了？許多瘋狂的猜測層出不窮，其中包括壹些非常合理的想法：
也許關於太陽內部的模型是錯誤的，中微子流以不同於我們所尋找的能量出現。也許我們對中微子探測的理解以及反應橫截面如何隨能量變化，與實際情況有所不同。或者，就中微子而言，可能存在壹些新的物理現象。然而，隨著我們對高能物理理解的提高，特別是我們對恒星和太陽理解的提高，以及我們對中微子及其性質和探測理解的提高，似乎真的需要壹些新的物理來解決這個問題。我們開始建造非常大的中微子天文臺，同樣的問題（來自太陽的中微子只有三分之壹到達我們的探測器）仍然存在。
太陽中微子振蕩
妳看，中微子是標準模型中相互作用最弱的粒子之壹。它們是穩定的，只通過弱力相互作用，它們沒有電荷也不散射光。在很長壹段時間裏，人們認為中微子零質量。
如果我們看標準模型，就會發現其中不僅僅只有壹種中微子。
正如帶電的輕子有三種類型：電子、?子和?子，中微子也有三種類型：電子中微子、?子中微子和?子中微子。如果中微子彼此完全不同，而且完全沒有質量，那麽生下來是壹個電子中微子，死的時候也會是壹個電子中微子，永遠不會變成其他任何東西。
如果中微子具有質量，那麽它們就有可能與太陽中的物質（特別是電子）相互作用，從而改變味道，從電子到?子再到?子，然後再變回來。
就像光在通過介質時發生折射壹樣，光彎曲取決於波長和介質中不同的光速，中微子在介質中的表現就好像它們的質量取決於介質的密度。當離開太陽的核心時，太陽的電子密度會發生迅速的變化，這種效應，被稱為太陽中微子振蕩，導致了中微子的口味發生了變化。雖然中微子壹開始都是太陽內部的電子中微子，但當它們到達光球層時，這三種中微子已經混合得很好了，其中大約有三分之壹是電子中微子，三分之壹是?子中微子，還有三分之壹是?子中微子。
總結：中微子質量預示著新的物理學
直到21世紀初，薩德伯裏中微子天文臺(上圖)通過散射效應測量出了來自太陽的中微子通量總量，同時也測量出了來自太陽的電子中微子通量，並確定了34%的中微子是電子中微子，其余的三分之二被分成了兩類。隨後，對大氣中微子的測量讓我們對中微子振蕩有了更多的了解，而這些難以捉摸的粒子在太空中穿行時從壹種類型轉換成另壹種類型的能力，是對標準模型之外可能存在的新物理現象最有說服力的暗示之壹。
為什麽中微子有質量？還有什麽新的基本粒子存在使這壹切成為可能呢？這些是新的聖杯問題：這些問題將真正把粒子物理學帶入第三個千年，並最終超越標準模型。