中微子、CP破坏，这些中学生提的问题你看得懂吗？

（原标题：中微子、CP破坏，这些中学生向科学家提的问题你看得懂吗？）

澎湃新闻记者 虞涵棋

“我们知道K介子和B介子实验发现了CP破坏，您刚才提到中微子振荡也会产生CP破坏，这两者之间是否存在某种关联？”

这个问题来自北京陈经纶中学的一名学生，提向美国加州大学伯克利分校物理系教授陆锦标，原文为英语。

CP破坏是粒子物理中的一个术语，说的是在弱相互作用下宇称不守恒。杨振宁和李政道在1957年获得诺贝尔物理学奖的成果，即与此相关。它能够帮助解释，为什么我们的宇宙是由正物质而非反物质统治。

11月17日上午，陆锦标和中科院高能物理研究所所长王贻芳在北京作了有关中微子物理的报告，并和现场的学生对话互动。一位是美国科学院院士，一位是中国科学院院士，他们曾在深圳附近的大亚湾合作主持了中微子实验，成功探测到第三种中微子振荡模式。凭此成就，他们共享价值100万美元的2019未来科学大奖“物质科学奖”。

美国加州大学伯克利分校物理系教授陆锦标 澎湃新闻记者 孙懿赟 图

中微子是组成自然界的基本粒子之一，质量非常小，不带电，只参与弱相互作用，被称为宇宙间的“隐身人”，每秒钟都有亿万个中微子穿透我们的身体。因此，探测这种粒子充满挑战，与中微子相关的研究成果多次摘得诺贝尔奖。

太阳中微子失踪之谜曾是物理学界的一桩悬案。简单来说，科学家发现太阳产生的中微子的流量只有理论模型的三分之一。是测量结果有误吗？后来，科学家发现中微子共有三种，它们之间会相互转换，称作“中微子振荡”。前两种转换的模式先后得到实验验证，第三种转换（θ13）发生的概率很小，因而也最难探测。

大亚湾实验以大亚湾核电站为中微子源，以天然山体为噪音屏障，在2012年在国际上抢先补上了这最后一块拼图。该实验公认是中国在基础物理方面最重要的成果之一，也是中方主导的国际可言科研合作的典范。

不过，中微子仍有许多有趣的未知？中微子和它的反物质反中微子是否一体？中微子是否能解释为何宇宙中的正物质多于反物质？这些问题的答案都足以颠覆人类的世界观。

陆锦标现在演讲中介绍了中微子概念和探测中微子振荡的基本原理，王贻芳则详细讲述了大亚湾中微子实验中克服的技术挑战。他也现场为大亚湾项目的升级版——未来的江门中微子实验打了广告，希望热爱科学的年轻一代加入其中。

中科院高能物理研究所所长王贻芳 澎湃新闻记者 孙懿赟 图

以下为澎湃新闻节选并翻译的部分对话。

学生：我们现在也在学习数理化生等课程，做出新的发现好像越来越难了。未来该如何做出新的发现？这些发现又如何应用，让更多人获益？（英文提问）

陆锦标：我在中学的时候想以后要做什么，我的老师就告诉我，以后不要做原子物理，也不要做天文物理，也不要做粒子物理，他说，全部的问题都已经解决了，这三个领域你基本上没有东西可以做。但现在回头看，一样看到过去的七十年里，这些领域也有很多发现。看看诺贝尔奖有多少是颁给这些领域的，就可以找到答案。所以我给你的答案就是，不要担心没有问题。就像牛顿说的，我们没有发现的东西就像大海一样，看我们的想象力有多好，运气有多好。

学生：是否可能有第四种中微子振荡？（英文提问）

陆锦标：假如宇宙中只有三种中微子，那理论上只能有三种不同的中微子振荡。但问题是只有三类吗？中微子振荡说明中微子有质量，也应该像电子一样有两个态，但我们现在没有看到右旋的中微子。理论上可能有新的中微子振荡，但不知道怎么去做这样的实验。

学生：我们知道K介子和B介子实验发现了CP破坏，您刚才提到中微子振荡也会产生CP破坏，这两者之间是否存在某种关联？（英文提问）

陆锦标：你提的是很好的问题，因为你提的问题我们现在基本上没有答案。实验上K介子和B介子是有CP上的破坏，我们现在的理解是夸克的CP破坏和中微子的CP破坏是独立的。当然，也许在座的有些同学将来可以找到方案，把这两类不同的CP破坏联系在一起，但要怎么样做，现在还不知道。

学生：质量是如何和希格斯玻色子联系起来的？希格斯粒子有什么意义？

陆锦标：这也是个很重要的问题。粒子物理里有标准模型，粒子在空间里飞行的时候，就会和希格斯场有作用，它们的作用大小，就决定了它们有多重。一个很简单的理解方法，就是看电子在经过物质时候的质量效应。所以我们看到粒子和它附近的场景的作用，是可以产生或改变质量的。

学生：人类是如何发现暗物质的，暗物质又是如何对人类产生影响的？

王贻芳：人类发现暗物质已经几十年了，一开始从引力相互作用中发现的，现在应该说有相当多的证据是依赖天文观测，在我们粒子物理的实验室中还没有看到暗物质。这也是下面我们要面临的一个最根本的问题。天文观测的暗物质和我们粒子物理到底是什么关系？现在还不知道，我们做了地面、地下、加速器很多实验去找，都没有找到。未来有待在座的年轻人去解决。

暗物质目前和我们的生活还没有什么关系，但理解比正常物质还要多的暗物质在宇宙当中到底是怎么回事，是非常重要的。作为一个好奇的人，应该希望这个问题能得到解决。

学生：您的中微子研究对粒子物理的未来有什么影响？您怎么展望粒子物理的未来？

王贻芳：粒子物理目前两个最重要的前沿，或者说热点（不一定前沿和热点就是未来发展的唯一方向）就是中微子和希格斯粒子。这两个都给我们带来了相当程度的困惑和问题。这两个问题不解决的话，我们没有办法把标准模型很清楚地描述出来。另外，我们也知道标准模型有一些问题，我们有足够的证据证明这不是一个终极理论，有超出标准模型的新物理。所以，下一步就是找到一个窗口来解决这些困惑，找出超出标准模型的理论框架和决定性证据。

这是未来努力的方向，至于哪个办法绝对正确，没有人知道，都在试。我们在做我们的中微子研究，国际上还有其他人在做其他的中微子研究，希格斯研究国际上也有各种各样的方案，包括我们提出的环型正负电子对撞机的方案，国际上也有直线对撞机的方案，欧洲核子中心也有环型电子对撞机方案，当然也有质子对撞机、缪子对撞机方案等，最后应该是证据说话，看哪个方向做出决定性的成果，就是正确的方向。

从国家的角度上说也可能选择错误的方向，比如过去美国在SSC（超级超导对撞机）上就做了一个错误的选择。我相信中国在粒子物理方面应该也可以做出重大的成就，中微子和希格斯粒子两个方向同时发力，是我们应该做的。

学生：您的研究发现了中微子的第三种振荡形式，它表示中微子可能具有损坏宇称与正反粒子联合对称性，也就是CP性，想问下它是如何影响CP性？

王贻芳：宇宙中物质与反物质的不对称性，需要有CP破坏。在标准模型中，夸克的CP破坏已经被实验发现和证实，这个CP破坏幅度太小，不足以解释为什么我们现在的宇宙几乎100%都是物质，几乎没有反物质，这需要一个比较大的CP破坏。标准模型给不出这个来。

我们下一步就希望在中微子振荡中给出这个CP破坏。中微子振荡原则上是可以给出来的，但依赖于很多参数。这些参数必须足够大。使得最后能有一个大的CP破坏。其中一个破坏就叫做CP破坏的相角。在实验测量中，这个相角永远和θ13联合出现的，两个相乘在一起。实验看到的效果是θ13乘以CP破坏的相角。所以你可以想象如果θ13等于0的话，CP相角永远测不出来。

最终要得到一个足够大的CP破坏，它和所有中微子振荡的参数都是有关的。目前从实验角度来讲，θ13是最重要的，这就是为什么全世界的粒子物理学家，对于θ13的结果都这么兴奋，因为它使得CP破坏实验研究有了可能。在这之前，很多人是悲观的，觉得这东西可能是0，那后面就没有办法了。

学生：刘慈欣在小说《时间移民》中写道，击碎夸克时，宇宙会变成负片，我想请问如果击碎中微子，会出现什么现象？

王贻芳：目前我们所说的标准模型中的粒子，是不能被击碎的，无论夸克也好、电子也好，我们都没有发现内部结构，也就是在现有的能量下我们无法把它击碎。自然中微子也是基本粒子的一种，所以我们还做不到把它击碎。

当然，我们不是说它永远不能被击碎，粒子物理现在做的一个非常重要的方向，就是试图寻找所有这些基本粒子有没有结构，有没有有限的大小，就是能看到它所谓的尺寸。到目前为止，我们只有一个上限，就是小于多少，但不知道到底是多少，它和一个点粒子，目前是非常符合的。这是我们下面要研究的一个问题。

王贻芳随后在接受媒体采访时表示，这些青少年的提问水平很高，“说明他们不光是读了自己高考需要的课本内容，应该说读了很多课外的科普内容。”