中微子也是反中微子吗

在这个世界上，有一件恐怖的事情，就是所有的人都有自己的理由。

——电影《游戏的规则》，奥克塔夫台词

中微子的存在是由沃尔夫冈·泡利于1930年提出的，而在1955年这一基本粒子通过实验展示在人们眼前。在这一发现过去六十多年以后，物理学家们仍然不知道中微子是不是它自己的反粒子……

这一问题在理论上至关重要。要确定这一问题的答案，我们需要解释为什么被观察到的中微子总是“左撇子”，即为什么它们自旋的方向与它们的速度方向相反。同样我们也需要解释为什么反中微子却总是“右撇子”，它们自旋的方向总是与它们的速度方向相同。根据狄拉克理论，中微子可以是左旋或右旋的，反中微子也一样。但是在给定的参考系中观察到的左旋中微子可能在另一个参考系中会被观察到是右旋的，反中微子也一样。只要这另一个参考系的移动速度比中微子更快，但这种情况只在中微子的质量很大时才可能存在，因为这时中微子在真空中的运动比光速慢，因此理论上来说它能够被超越。因为我们设置的运动系统的参照系不能比中微子更快，这就解释了为什么我们观察到的中微子都是左旋的而反中微子都是右旋的。但据另一位理论物理学家埃托雷·马约拉纳在1933年提出的理论，中微子和反中微子有可能只是一个相同的粒子。左旋中微子的反粒子不是别的，而是右旋中微子，反之亦然。那么，怎么才能知道狄拉克和马约拉纳之中谁是对的？除了用实验来分别验证他们的理论以外，别无他法。

可以产生成对的中微子的现象非常罕见，例如“双β衰变”，它不像传统的β衰变那样会产生一个电子和一个中微子，而是由原子核放射并同时产生两个电子和两个中微子（其实是两个反中微子）。这一衰变，是某些原子核特有的，例如钙48，锗76，硒82和几种其他的原子核，而这种情况并不常见。但是物理学家们如今仍尝试着探测更加稀少的现象，即只释放两个电子而不释放任何中微子的现象。他们的想法是如果产生的是“马约拉纳”中微子，就是说中微子与它自己的反粒子相同，那么无论是中微子还是反中微子，它一遇到自己的同类之一就应该能被销毁，因此由β衰变产生的两个中微子在最终阶段将会消失。

现在有许多国际上的实验都在尝试进行捕捉这种“不释放中微子的双β衰变”。支撑这些实验的原理是聚集最多数量的备选原子，例如硒82或锗76，将它们置于地底以使它们免受宇宙射线的辐射，并耐心等待和探测这种现象的产生。根据狄拉克理论，这种新形式的放射性是完全不可能出现的，而根据马约拉纳理论它却可能被观察到。我们可以猜到，要想发现“不释放中微子的双β衰变”毫无疑问是非常不容易的，如果真的观察到这个现象，它将是一个惊人发现，它会使我们不得不修改现有粒子物理标准模型里中微子的地位，开启通向“新物理”的道路。