【科學講堂】探尋「隱士」微中子 「品種」轉換測不齊
之前跟大家分享過微中子（neutrino）這種不帶電荷、質量輕巧、甚少與其他物質發生作用的粒子，簡直堪稱粒子界中的「隱士」。原來物理學家們一直在猜想在微中子中，可能還有更不會「與別人打交道」的「惰性微中子（sterile neutrino）」。我們為什麼會這樣猜想？惰性微中子又是否真的存在？今次就和各位說說它的故事。
微中子「品種」多樣 轉換原理尚未確定
不說不知，微中子原來有不同的「品種」，而現今已經確切偵測到的共有3種。這些品種的特徵相類，因而在量子物理的世界裏它們會混合在一起。在現實世界中，我們會發現微中子不時從一個品種轉換成另一品種，如果我們只量度特定一種微中子，就會發現微中子「不見了」或「突然出現」的情況。
過往我們觀察太陽的時候就曾有相似的疑惑：從太陽來的微中子，好像只有預期數量的三分之一。這是因為正如先前所言，微中子出現種類變化的現象，假如我們只測量其中一種微中子的數量，自然不能準確測量到所有太陽生產的微中子，這並非我們對太陽運作的原理有任何誤解。
微中子品種轉換的現象，我們好像還未完全了解。太陽中心發生的核聚變會放出微中子，用來生產核能的核裂變也一樣。因此核電廠（包括鄰近香港的大亞灣核電站）其實是一個穩定的微中子來源，可以用來研究微中子品種轉換的現象。不過2011年發布的研究結果指出，從核電廠釋放出來的微中子數量，卻比我們預測的少了6%。看起來依然有一些微中子不見了！
根據過往的經驗，一些物理學家們猜想，或許還有第四、第五，甚至更多品種的微中子。我們已知的3種微中子，除了互相轉換之外，應該也可以轉換成其他還沒被發現的微中子種類（假如它們真的存在）。
就像太陽微中子的故事一樣，如果我們只測量3種微中子，自然會漏掉其他微中子的數量，因而看起來有一些微中子就好像不見了。
不過，這些微中子種類的存在只是猜想，並不一定能站得住腳，要驗證這些猜想還要解答一個疑問：為什麼在過往的實驗之中，我們從來沒有見過它們？
為了突破這個困境，物理學家們進一步假設，這些新種類的微中子，只跟已知3種微中子經由萬有引力發生作用，也就是說這些新種類的微中子，比已知的微中子與世界有更少的「交流」。物理學家們因此把它們叫作「惰性」微中子。
為了進一步了解這些惰性微中子，法國的STEREO團隊在核電廠的近距離設置了測量儀，準確地量度微中子的數量，以及它們互相轉換的情況。這些準確的測量可以用來和理論的預測比較，進而驗證我們的推斷是否正確。
結果STEREO測量的數據再一次確定，有一些微中子不見了。不過微中子轉換品種的模式，卻與惰性微中子的理論並不相符。
小結
為了解釋觀察到的現象，物理學家們不時猜想一些還未見過的粒子：「惰性」微中子就是一個這樣的例子。可惜的是，經實驗證明，這些惰性的粒子好像並不存在。然而失蹤微中子的謎團卻還未解決：科學家們還要繼續努力，尋找可能的原因。
◆杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
