宇宙是由物质构成，而不是物质与反物质湮灭后的纯能量，这不仅仅是个哲学问题，也是现在物理学界最想搞清楚的难题之一。最近，两个领先的中微子实验联合分析，让这个问题有了新进展。

　　位于日本的超级神冈探测器是进行最新、精度创纪录的中微子振荡测量的两大设施之一。

　　美国的NOvA实验和日本的T2K实验，汇总了将近16年的数据，共同呈现了中微子和反中微子在运动中如何“变身”的最详细情况。这项研究于10月22日发表在《自然》杂志上，主要目的是寻找中微子和反中微子之间细微的不同，因为这种不同可能就是早期宇宙物质占优的关键。

　　按照粒子物理的标准模型，140亿年前的宇宙大爆炸应该产生了等量的物质和反物质。它们一旦碰到就会互相湮灭，所以如果完全对称，现在的宇宙应该只剩下能量。但现实并非如此。我们看到的恒星、行星、气体云，包括我们人类，都是由物质构成的。这说明早期宇宙肯定存在一种很弱但很关键的偏差，使得物质最终占据了优势。

　　中微子因为几乎不与任何东西发生反应，所以被称为“幽灵粒子”，但它们却大量穿梭于整个宇宙。科学家一直在研究，中微子和反中微子之间是否存在可以通过实验发现的差异。即使是CP破坏（粒子物理学中的一个术语和定理）这样非常小的偏差，也可能解释为什么物质能在宇宙早期占据上风。

　　中微子很难被捉摸，一个原因是它们会改变“味道”。中微子有三种味道，每一种味道其实是三种质量状态的混合。当它们在宇宙中运动时，不同的质量状态会发生细微改变，中微子就会从一种味道变成另一种味道。科学家通过追踪这些变化，测量非常小的质量差异，并对比中微子和反中微子的行为是否一致。

　　为了实现这个目标，NOvA实验从美国费米实验室发射一束中微子，经过800公里到达明尼苏达州的探测器。日本的T2K实验则从东海地区发射另一束中微子，经过295公里后到达深埋地下的超级神冈探测器。由于两个实验的能量和距离不同，所以它们观测到的震荡特征可以互补。将这些数据放在一起，就能更清楚地了解中微子转变的规律。

　　这次联合分析的一个主要成果，是对基本震荡参数之一：质量分裂——进行了目前最精确的测量，将不确定性缩小到2%以内。这个参数是所有后续计算的基础，也影响中微子质量层级的判断。现在我们知道有三种中微子质量状态，但它们的排列顺序还不清楚，而顺序的不同会直接影响中微子和反中微子的震荡方式，这是寻找CP破坏必不可少的一步。

　　当然，这次分析还不能确定自然界更偏向哪一种质量层级。研究人员表示，如果未来数据指向反向层级，那么现在的数据已经暗示中微子可能存在CP破坏；如果最终证明是正常层级，就需要更多数据来区分不同的影响。

　　除了物理结果，这次合作还有一个重要成果：两个团队共同建立了一个初步的统一框架，用于描述不同实验中中微子的相互作用。虽然实验的基本原理相同，但不同的探测器在模型和近似处理上存在差异，这些细微差异会影响对震荡模式的解读。统一框架的建立为未来更高精度的实验打下了基础，让不同实验的数据可以直接进行对比。

　　这个进展出现的时间点也很好。下一代超灵敏中微子实验：美国的DUNE和日本的Hyper-Kamiokande，正在建设中，计划在2028年投入使用。它们的灵敏度将远超NOvA和T2K，有望在未来十年内提供CP破坏的可靠证据。

　　如果中微子确实对物质和反物质处理方式不同，那么我们就有可能真正理解，为什么宇宙今天会是这个样子。