世界杯足球賽的某場(chǎng)關(guān)鍵比賽中，主隊(duì)和客隊(duì)在120分鐘內(nèi)戰(zhàn)成了0:0，只能通過點(diǎn)球大戰(zhàn)決出勝負(fù)。雙方共派出的10名主發(fā)點(diǎn)球的球員依次出場(chǎng)，在前9次的點(diǎn)球互射中，主隊(duì)和客隊(duì)分別打入4個(gè)球。此時(shí)，客隊(duì)最后一名發(fā)點(diǎn)球的13號(hào)球員出場(chǎng)了，全場(chǎng)觀眾都安靜了下來，氣氛緊張到了極點(diǎn)。如果他成功打入這個(gè)點(diǎn)球的話，那么客隊(duì)將獲得整場(chǎng)比賽的勝利。世界杯的歷史將再一次刷新，而13號(hào)球員將和他的隊(duì)友教練員們一起成為整個(gè)國(guó)家的英雄。

      120分鐘的比賽幾乎耗盡了隊(duì)員們的絕大部分體力。不過13號(hào)是下半場(chǎng)才替換上場(chǎng)的小將，體力充沛，加上教練員要求大家全線龜縮，因此13號(hào)此時(shí)看起來充滿著信心。只見他不慌不忙的走到點(diǎn)球區(qū)，將本屆世界杯的專用足球“普天同慶”按在草皮上，擺正了方向，再緩緩后退3步。此時(shí)，對(duì)方門將也異常緊張，雙眼緊盯13號(hào)的雙腿，祈禱能夠有奇跡發(fā)生。

      裁判的哨聲響起，13號(hào)大力推射，門將奮力撲救，球應(yīng)聲入網(wǎng)。全場(chǎng)頓時(shí)響起轟炸機(jī)般的嗚嗚祖啦聲，慶?？完?duì)取得了本次比賽的最終勝利。客隊(duì)的替補(bǔ)球員們沖入球場(chǎng)瘋狂慶祝，而主隊(duì)的球員們則垂頭喪氣的避開攝影機(jī)鏡頭，打算迅速離開這個(gè)傷心之地。主隊(duì)門將1號(hào)拾起球門內(nèi)的足球，正打算狠狠的摔一下發(fā)泄失敗的煩悶?？墒撬l(fā)現(xiàn)情況有些不對(duì)，追上去將球呈給了裁判。裁判立刻判罰進(jìn)球無效，比賽仍未結(jié)束，同志仍需努力。

      原來，被13號(hào)射出的“普天同慶”，在空中飛行的一段時(shí)間后，竟然變成了上一屆世界杯專用足球“團(tuán)隊(duì)之星”，然后落入球門。根據(jù)本屆世界杯的規(guī)則，這樣的進(jìn)球無效。

      真的有奇跡發(fā)生了嗎？當(dāng)然，誰也不會(huì)相信這樣匪夷所思的事情，除了專門研究匪夷所思的粒子物理學(xué)家們?！捌仗焱瑧c”不可能變成“團(tuán)隊(duì)之星”，不過組成“普天同慶”的基本粒子，夸克，電子，以及發(fā)射出的中微子們，卻個(gè)個(gè)都有“七十二般變化”的本領(lǐng)。如果那一腳射出去的是電子中微子的話，那么飛入球門時(shí)，很有可能就變成μ子中微子；如果“射門”距離更長(zhǎng)的話，后者很有可能又在途中變回原來的電子中微子。這樣的現(xiàn)象叫做“中微子振蕩”。那么，好好的中微子為什么非要振蕩呢？你是“普天同慶”就是“普天同慶”，為什么非要變成“團(tuán)隊(duì)之星”呢？如果要變的話，有沒有可能變成2002年的“飛火流星”呢？要想了解這個(gè)問題，讓我們先了解一下中微子是個(gè)什么東西吧。

“士農(nóng)工商”——中微子和它的兄弟姐妹

      我們給基本粒子分類起名字，就像給任何新鮮事物起名字一樣，總是力圖概括它的基本特征。而這一概括，總是建立在某些特殊背景的基礎(chǔ)上，使普通讀者們覺得詞不達(dá)意，“不知所云”。比如，我這樣的理科書生看電影《杜拉拉升職記》，發(fā)現(xiàn)開頭的人物介紹完全看不懂，什么“大客戶經(jīng)理”，“行政秘書”，“助理人事行政經(jīng)理”，不知道在說什么。如果有人在旁邊介紹一下，說“大客戶經(jīng)理”相當(dāng)于飯店里管包廂服務(wù)員的，“行政秘書”是掃地打雜的，“助理人事行政經(jīng)理”是小監(jiān)工領(lǐng)班的，我就能明白了。所以，讓我們了解一下中微子和它的兄弟姐妹，以及基本粒子物理的一些背景吧。

      就像中國(guó)古代社會(huì)分為“士農(nóng)工商”四個(gè)階層一樣，自然界存在著四種的基本相互作用：強(qiáng)相互作用，弱相互作用，電磁相互作用，引力相互作用?！笆俊笔悄芰孔畲蟮囊患?jí)階層，它能夠管理其余三個(gè)階層。而強(qiáng)相互作用顧名思義是最強(qiáng)大的一種相互作用，參與強(qiáng)相互作用的物質(zhì)基本粒子——夸克，同時(shí)也參與弱、電磁、引力其他三種相互作用，是基本粒子中質(zhì)量最大的一類。例如質(zhì)量最大的頂夸克，跟一個(gè)鉛原子的質(zhì)量差不多。強(qiáng)相互作用把夸克“捆綁”成質(zhì)子，中子，又把后者“捆綁”成原子核（這個(gè)“捆綁”的有效距離僅限于原子核內(nèi)，因此日常生活當(dāng)中感覺不到）。要是沒有強(qiáng)相互作用，宇宙也許不過是一鍋夸克湯，更加不可能有人類。

原子彈釋放的大部分能量來自強(qiáng)相互作用

      “商”是能量較小的一級(jí)階層，但其作用范圍相當(dāng)廣泛，除了不能買賣官爵之外，什么都能買賣。而許多社會(huì)活動(dòng)的價(jià)值，都需要通過“商”的作用才能得到體現(xiàn)。比如明朝張居正以前，據(jù)說收稅直接收實(shí)物，給“士”發(fā)工資也直接發(fā)實(shí)物。當(dāng)官的要是不把棉花天麻找商人換成錢，日子根本沒法過。因此，電磁相互作用相當(dāng)于“商”的階層，它的作用體現(xiàn)在了日常生活當(dāng)中的每一個(gè)角落。你看電視（視力），這是電磁相互作用，你踢足球（壓力），這是電磁相互作用，你騎單車（摩擦力），這是電磁相互作用，你劃小船（浮力），這還是電磁相互作用。

摩擦力

      在物理學(xué)中，就算你要研究除電磁相互作用以外的其他三種相互作用，對(duì)不起，你還需要借助電磁相互作用。人類幾乎所有的先進(jìn)探測(cè)儀器都借助了電磁相互作用。如果沒有天線，沒有光電倍增管，沒有威爾遜云室中的過飽和，以及將信息最終帶至視網(wǎng)膜的光，物理學(xué)也許還停留在牛頓時(shí)代，更不用說人腦中分析信息的億萬個(gè)神經(jīng)元，參與的也是電磁相互作用了。因此，在物質(zhì)基本粒子中，電磁相互作用的代表——電子，同時(shí)也參與弱、引力其他兩種相互作用。我們知道愛因斯坦的質(zhì)能定律E=mc²，也就是說質(zhì)量和能量可以互相轉(zhuǎn)化。由于電子不參與強(qiáng)相互作用，因此電子的質(zhì)量比夸克小的多，大約是后者的幾分之一到十幾分之一。

太陽媽媽釋放的能量大部分來自強(qiáng)相互作用，卻主要是通過電磁相互作用（發(fā)光）傳播到地球的。

      “工”在古代是指手工業(yè)，現(xiàn)代社會(huì)中對(duì)應(yīng)于中低端的“制造業(yè)”。在基本粒子物理學(xué)中，弱相互作用還真有點(diǎn)兒中低端“制造業(yè)”的樣子。我們知道太陽是萬物之母，地球上一切人類活動(dòng)的能量大都來源于太陽能，而太陽能來自于氫核子聚變成氦核子的一系列核反應(yīng)過程。這一系列核反應(yīng)包括了強(qiáng)、弱兩種相互作用（參見游識(shí)猷：瘋狂科學(xué)家的公式化生存），雖然弱相互作用釋放的能量相對(duì)較少，但沒有了它，整個(gè)核聚變反應(yīng)根本無法進(jìn)行。

太陽之中的核反應(yīng)，碳循環(huán)，看起來很像二氧化碳合成葡萄糖的那個(gè)循環(huán)。lam1指出該循環(huán)對(duì)太陽核反應(yīng)的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)小于質(zhì)子質(zhì)子循環(huán)，而更多的出現(xiàn)在更大質(zhì)量恒星的核反應(yīng)中。

      如果再往前追溯，我們會(huì)問，恒星中哪兒來的這么多氫和氦呢？這是宇宙大爆炸后的核合成時(shí)期形成的。宇宙“最初三分鐘”的一種弱相互作用導(dǎo)致的核反應(yīng)決定了質(zhì)子和中子的比例。我們知道氫原子核中只有質(zhì)子，而氦原子核當(dāng)中有質(zhì)子和中子。因此，是最初三分鐘的弱核反應(yīng)決定了我們宇宙的原初元素組成。這怕是名副其實(shí)的中低端“制造業(yè)”了。如果這個(gè)“制造業(yè)”當(dāng)初稍有偏差，改變了質(zhì)子中子的比例，也許宇宙中的星系、恒星、行星、生命等高端“制造業(yè)”就永遠(yuǎn)無法出現(xiàn)了。順便說一句，弱相互作用的應(yīng)用越來越廣泛，例如醫(yī)院放射科用于治療癌癥的鈷-60，測(cè)定文物年代的碳-14等等。因此，弱相互作用雖然不起眼，但對(duì)于宇宙、對(duì)于人類來講仍然是至關(guān)重要的。弱相互作用的代表粒子就是中微子，它同時(shí)也參與引力相互作用。中微子的質(zhì)量只有電子的百萬分之一，不參與電磁相互作用，當(dāng)然也就不帶電。此時(shí)，我們一定能夠理解中微子的名字和它的特征之間的關(guān)系——它是一種中性的微小的只參與兩種相互作用的基本粒子。

Co-60的衰變會(huì)放出電子和反中微子，不過治病靠的是隨后放出的伽馬射線

      “農(nóng)”在我們的比方中對(duì)應(yīng)著萬有引力的相互作用。就好像任何時(shí)代任何國(guó)家的發(fā)展都離不開農(nóng)業(yè)，一切基本粒子都參與引力相互作用。只不過，相對(duì)于其他四種相互作用，引力的強(qiáng)度是最弱的。只有在宏觀尺度上，引力才會(huì)起到?jīng)Q定性的作用。目前人類還沒有得到自洽的微觀的量子引力理論。因此，我們不知道是否存在“引力子”這樣的代表引力相互作用的基本粒子。

      我們提到了三類基本粒子：參與四種相互作用的夸克，參與三種相互作用的電子，和參與兩種相互作用的中微子。還有一類粒子，它們的主要功能是負(fù)責(zé)傳播相互作用，因此得名“傳播子”。例如，傳播強(qiáng)相互作用的叫膠子，它能把夸克們“粘”在一起，形成中子質(zhì)子介子等亞原子粒子。傳播弱相互作用的叫W⁺，W^-，Z玻色子。傳播電磁相互作用的叫光子。我們知道現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)常把“工”和“商”放在一起，比如工商局，工商大學(xué)，工商銀行。同樣，弱相互作用也可以和電磁相互作用一起，統(tǒng)一為電弱相互作用，正所謂“五百年前是一家”。由于類似的原因，我們經(jīng)常把電子和中微子歸為一類，稱為輕子；而夸克自成一類，稱為強(qiáng)子。還有一種理論上預(yù)言的希格斯粒子，人們認(rèn)為它賦予了基本粒子的質(zhì)量。粒子物理學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)模型”中的四大類粒子就是：強(qiáng)子，輕子，傳播子，和希格斯粒子。我們要討論的中微子振蕩現(xiàn)象，主要集中在強(qiáng)子和輕子之中。

（基本粒子無時(shí)不刻的沐浴在相互作用真空的“海洋”中）

“三生萬物”——基本粒子家族的血緣關(guān)系

      明朝開國(guó)皇帝朱元璋設(shè)計(jì)了一個(gè)很變態(tài)的戶籍制度：“龍生龍，鳳生鳳，老鼠兒子只能去打洞”。也就是說，每個(gè)人都只能繼承它父親的職業(yè)，不得隨便更改。這個(gè)制度放在粒子物理的觀點(diǎn)來看，似乎有一定的道理。

      上夸克，下夸克，電子，和電子中微子互為兄弟姐妹。前面兩個(gè)是強(qiáng)子，后面兩個(gè)是輕子。而下夸克是上夸克的對(duì)稱性伙伴，電子中微子是電子的對(duì)稱性伙伴。這就好像一家的大兒子叫阿龍，再生個(gè)兒子就叫阿虎一樣，上夸克，下夸克，電子，和電子中微子的名字反映了它們之間的“血緣”關(guān)系。

      上帝不知道為什么在制造了上下夸克，電子，電子中微子之后，又心血來潮，Ctrl+C，Ctrl+V，又Ctrl+C，又Ctrl+V，硬要把這個(gè)組合復(fù)制兩遍，一共弄出三代來。正所謂“一生二，二生三，三生萬物”，不是“二生萬物”，也不是“一生萬物”。所以，上夸克的后代叫粲（漂亮的意思）夸克，下夸克的后代叫奇（奇怪的意思）夸克；粲夸克的后代叫頂夸克，而奇夸克的后代叫底夸克。

      同樣的道理，電子的后代是μ子，電子中微子的后代是μ（繆）子中微子；μ子的后代是τ（套）子，μ子中微子的后代是τ子中微子。這里后代的名字受到歷史原因的影響，比較拗口。大家喜歡的話，完全可以給他們改個(gè)名字叫“普天同慶”“團(tuán)隊(duì)之星”和“飛火流星”。

“普天同慶”變成“團(tuán)隊(duì)之星”，講述的就是電子中微子轉(zhuǎn)化為μ子中微子的故事。