中微子振荡：谁先洞察到了物质效应的玄机？

Lincoln Wolfenstein

Neutrino oscillations in matter

众所周知，电弱统一理论所预言的弱中性流过程是在1973年通过测量中微子与原子核的散射而被发现的。那之后这一新的相互作用形式成了理论和实验研究的热点课题。虽然标准的弱中性流相互作用对三种类型的中微子是一样的，但是当时实验尚未排除非标准的情况，因此对新物理孜孜以求的沃芬斯坦自然不肯放过非标准相互作用导致中微子在物质中发生振荡的可能性，毕竟那时候谁都不清楚中微子是否真的具有静止质量。

但是沃芬斯坦这篇迄今为止已经被引用4500余次的论文却存在两处令人感兴趣的玄机。首先，他在论文的致谢部分感谢了意大利实验物理学家艾米利奥·扎瓦缇尼（Emilio Zavattini）问了一个“正确的问题”（the right question）。这说明他的最初想法应该受到了扎瓦缇尼的问题的启发。科学研究就是这样，有时候一个好问题会带来一个好想法。其次，他在参考文献[8]处写道，“我感谢丹尼尔·威勒博士指出带电流相互作用项的重要性”（I am indebted to Dr. Daniel Wyler for pointing out the importance of the charged-current term）。而从正文中相应部分的讨论可以看出，中微子与物质之间通过带电流相互作用所发生的向前相干散射，才是我们今天所熟知的标准的物质效应，即可以修改中微子的真空振荡行为的效应。由此可见，沃芬斯坦这篇传世之作从最初想法到关键内容，都受到了别人的启发。

Daniel Wyler

又例如教学《画多边形》一课时，教师首先不是直接讲解画法，而是出示“五边形”图让学生观察，然后出示自学要求，让学生自学，同座合作画出“五边形”，根据自学要求，学生一步一步操作，最后将自己的作品展示给其他同学看，“五边形”会画了，其它的三角形、七边形等等同样可以很快画出了，这样学生通过自主学习不仅学会了“多边形工具”的使用方法，而且逐渐学会自学的方法，每完成好一个操作，学生就会获得一份成功的喜悦，就会从中品尝到收获的乐趣。另一名与5年没有毕业的李开学有类似经历的在读博士生说，现在很多博士生身上都压着“三座大山”：一是与导师的关系问题，不少博士生成为导师的打工仔，非常耽误时间，但要是与导师关系搞僵了，恐怕永远不能毕业，他自己就是一例，读博十来年至今没有毕业，导师让他不停地修改论文。

1957年10月31日 美籍华裔物理学家李政道、杨振宁提出弱相互作用中宇称不守恒原理，获得诺贝尔物理学奖。1957年，中国物理学家李政道（左）、杨振宁（中）接受诺贝尔物理学奖。美国物理学家、诺贝尔奖获得者赛格瑞（e.segre）推崇杨振宁是'。

2004年，沃芬斯坦在一篇公开发表的文章中写道，“我觉得自己从所有的学生那里学到的东西，与他们从我这里学到的东西一样多”（I think I have learned as much from all my students as they have learned from me）。中微子振荡现象这自然是导师的一种谦逊，而他的学生们也不一定都同意。比如巴里•霍斯顿（Barry Holstein）就说过，他师从沃芬斯坦学习的不仅是物理学知识，而且还是一位科学家和世界公民的风范。

从1978年到1985年，沃芬斯坦关于中微子振荡与物质效应的论文并没有引起太多的关注，直到苏联（俄罗斯）物理学家斯坦尼斯拉夫•米赫耶夫（Stanislav Mikheyev）和阿列克谢•斯米尔诺夫（Alexei Smirnov）的那篇题为《中微子在物质中振荡的共振放大效应以及太阳中微子的谱学》（Resonant amplification of neutrino oscillations in matter and solar neutrino spectroscopy）的论文问世。这篇论文发表在《苏联核物理学期刊》（Soviet Journal of Nuclear Physics）上，其中着重强调了沃芬斯坦所推导出来的有效中微子混合角在物质密度或中微子能量取合适的值时，会出现共振放大效应，从而导致强烈的味转化——即一种类型的中微子在物质中明显地转化成另一种类型的中微子，尽管真空中的混合角很小。他们随后分析了太阳的物质密度从中心到表面的变化以及中微子的能谱，确认上述共振放大效应总是可以自然而然地发生。中微子振荡现象