中微子的傳播速度真的很快。我們常用一眨眼來形容短暫的時間，而這些小粒子直接穿過整個地球，所花時間比你眨眼時間還短。在所有有質(zhì)量的粒子中，它們是最快的，幾乎以宇宙中最快的速度光速行進(jìn)。那么，它們到底有多快？

你可能聽說過，來自太陽的光需要八分鐘才能到達(dá)地球。當(dāng)你仰望太陽時，實(shí)際上看到的是它八分鐘前的樣子，那是在所有這些光子傳播1.496億公里到達(dá)地球之前。

但是以光速行進(jìn)時，會發(fā)生一些奇怪的事情。如果你是一個光子，那么這段旅程似乎根本不需要時間。對于以光速行進(jìn)的光子來說，旅程是瞬間發(fā)生的。與光子相比，我們移動得非常慢，因此我們對時間的體驗(yàn)截然不同。從愛因斯坦的狹義相對論中，我們知道物體運(yùn)動得越快，時間就越慢，對于以光速運(yùn)動的光子來說，時間會停止。所以一個光子同時經(jīng)歷了整個宇宙的時間線。

當(dāng)我們討論中微子的速度時，我們?yōu)槭裁匆務(wù)摴庾幽兀亢喍痰幕卮鹗牵趯?shí)際層面上，中微子的運(yùn)動速度非常接近光速。我們試圖通過測量中微子長距離行進(jìn)所需的時間來測量中微子行進(jìn)的速度。但即使在我們最精確的實(shí)驗(yàn)中，我們也沒有足夠的分辨率來測量中微子速度與光速的明顯不同。

現(xiàn)在，讓我們更具體一點(diǎn)。如果我們知道中微子的質(zhì)量，我們可以使用愛因斯坦的狹義相對論方程從中微子的能量中計(jì)算出它的速度。但困難的是，我們實(shí)際上并不知道中微子的質(zhì)量，并且無法測量它。有一些實(shí)驗(yàn)幫助縮小了中微子質(zhì)量范圍，例如KATRIN實(shí)驗(yàn)最近表明，中微子的質(zhì)量必須小于0.8eV/c2。

因此，假設(shè)中微子質(zhì)量為0.7 eV/c2并給定1GeV的能量，這將告訴我們中微子以光速的0.9999999999999999995倍的速度行進(jìn)。仙女座星系距我們250萬光年，這意味著一個光子需要250萬年才能到達(dá)這里。如果一個光子和一個 1GeV中微子同時從仙女座星系出發(fā)，中微子將在光子之后0.0004 秒到達(dá)。到這里我們就可以明白，為什么我們無法衡量其與光速的差異了。

但是，為什么我們?nèi)绱丝隙ㄖ形⒆舆\(yùn)動得比光速更慢呢？我們知道中微子有一個特別之處，那就是它們在移動時會改變風(fēng)味。這個事實(shí)告訴我們，與光子不同，中微子會經(jīng)歷時間，它們并沒有以光速行進(jìn)。

中微子的質(zhì)量還有一些量子力學(xué)的怪異之處，它們實(shí)際上是三種不同質(zhì)量狀態(tài)的混合體：質(zhì)量一、質(zhì)量二和質(zhì)量三，這是量子疊加的一個例子。我們要記住的一件重要事情是粒子也是波，并且波的長度不是無限的。因此，可以將粒子視為波的一小部分或“波包”。

當(dāng)中微子在加速器中誕生時，它開始時是所有三種質(zhì)量狀態(tài)的疊加，這意味著所有三種質(zhì)量狀態(tài)的波包都是重疊的。只要波包重疊，就會有相干中微子。這些質(zhì)量狀態(tài)中的任何一種都可能在探測器中發(fā)生相互作用，我們無法分辨出其中的區(qū)別，這導(dǎo)致了中微子振蕩現(xiàn)象。

質(zhì)量不同的物體應(yīng)該以不同的速度行進(jìn)，如果中微子傳播的時間足夠長，三種不同質(zhì)量狀態(tài)的三個波包會隨著時間慢慢散開，直到它們不再重疊，這會導(dǎo)致我們所說的退相干。

在那種情況下，我們不會看到中微子振蕩。我們每次都會出現(xiàn)相同比例的電子、μ子和τ中微子，但是要獲得這些退相干中微子，它們必須經(jīng)過一段不可思議的距離，比我們在地球上進(jìn)行的任何實(shí)驗(yàn)都遠(yuǎn)得多。

我們所知道的唯一可能經(jīng)歷這種現(xiàn)象的中微子是那些自大爆炸以來一直在旅行的中微子，不幸的是此時它們的能量非常低，以至于我們沒有足夠靈敏的探測器來觀察它們。

綜上所述，測量中微子的速度絕非易事，還有更多的東西有待發(fā)現(xiàn)。2011 年，OPERA實(shí)驗(yàn)報(bào)告了一項(xiàng)測量結(jié)果，顯示中微子移動速度超過光速。

但隨后的調(diào)查表明，這實(shí)際上是實(shí)驗(yàn)中的設(shè)備錯誤，中微子畢竟服從狹義相對論。有趣的是，交叉檢查OPERA結(jié)果的實(shí)驗(yàn)之一ICARUS，它使用不同的計(jì)時系統(tǒng)測量了與OPERA相同的中微子，但還是沒有任何重大突破。

審核編輯：劉清