密歇根州立大学研究人员牵头完成一项突破性研究，使科学家更接近揭示宇宙起源之谜。全球两大中微子实验项目——日本的T2K与美国的NOvA首次实现数据整合，在对充斥宇宙却极少与物质相互作用的中微子研究领域达到了前所未有的精确度。
这项发表于《自然》（Nature）期刊的联合分析，首次精准捕捉到中微子在宇宙穿行时从一种类型转变为另一种类型的过程。这一里程碑为未来研究铺平道路，或将深化人类对宇宙演化的认知，甚至可能颠覆现有科学理论。
作为T2K项目共同发言人的密歇根州立大学物理学与天文学教授肯德尔·马恩（Kendall Mahn）协调促成了此次合作。通过融合两大实验装置优势，研究团队取得了任何单一实验都无法实现的成果。
“这是本领域的重大胜利，”马恩表示，“证明我们具备开展此类测试的能力，能够更深入探究中微子特性，并通过精诚合作取得成功。”
物质存在的奥秘
物理学家认为早期宇宙应存在等量的物质与反物质。若果真如此，二者本应完全湮灭。然而物质却奇迹般存续至今，这至今仍是未解之谜。
许多研究者认为答案可能隐藏在中微子的奇异行为中——这些微小粒子持续穿透我们的身体却极少相互作用。理解中微子在运动过程中改变“味”特性的振荡现象，或可解释物质为何能战胜反物质。
“人类对中微子的认知尚浅，”参与该项目的密歇根州立大学博士后研究员约瑟夫·沃尔什（Joseph Walsh）解释道，“其极小的质量导致相互作用概率极低。每秒有数百亿个太阳中微子穿过人体，但几乎全部径直穿透。我们需要制造强流源或使用巨型探测器，才能获得观测研究所需的足够相互作用概率。”
实验原理揭秘
T2K与NOvA均属于长基线实验装置。它们将聚焦中微子束流射向两个探测器——一个靠近源端，另一个远在数百英里外。通过比对两端数据，科学家能追踪中微子传输过程中的形态变化。
由于两大实验在设计、能量与距离参数上存在差异，数据整合为研究者提供了更完整的认知图景。
“联合分析能获得超越独立实验的测量精度，”NOvA合作组成员柳德米拉·科卢帕耶娃（Liudmila Kolupaeva）指出，“高能物理实验即使科学目标相同，设计思路也通常各异。联合分析使我们能充分利用这些设计中的互补特性。”
中微子质量谜题
研究重点聚焦于“中微子质量顺序”——即哪种中微子类型质量最轻。这远非在天平上称重那么简单：中微子存在三种质量态，每种味态实际是这些质量态的混合体。
科学家正试图判定质量排列遵循“正常顺序”（两种较轻一种较重）还是“反转顺序”（两种较重一种较轻）。在正常顺序下，μ子中微子更易转变为电子中微子，而其反物质对应体的转变概率较低；反转顺序则呈现相反规律。
中微子与其反物质对应体之间的不对称性，可能意味着这些粒子违反了电荷-宇称（CP）对称原则——即它们与镜像对立体的行为并不完全一致。这种对称性破缺或可解释宇宙中物质占主导的原因。
研究结果启示
目前NOvA与T2K的联合数据尚无法明确指向某种质量顺序。若未来研究确认正常顺序，科学家仍需更多数据验证CP对称性是否破缺；但若证实为反转顺序，本研究表明中微子确实可能违反CP对称性，为物质存在之谜提供关键线索。倘若中微子最终被证明未违反CP对称性，物理学家将失去解释物质存在的重要理论支柱。
虽然这些成果未能直接解开中微子之谜，但拓展了科学家对这种神秘粒子的认知，彰显了国际科研合作的巨大能量。
NOvA合作组汇聚全球8个国家、49个机构的250余名科学家与工程师；T2K团队则涵盖15个国家、75个机构的560多名成员。两个团队自2019年启动本次联合分析，整合了NOvA历时八年与T2K长达十年的实验数据。目前两大实验装置仍在持续采集新数据以供后续研究。
“这些成果源于两个独特合作组织的协同互鉴，”T2K合作组成员托马什·诺塞克（Tomáš Nosek）强调，“双方聚集了众多中微子物理、探测技术与分析技术专家，在迥异的环境中运用不同方法与工具，最终达成了这一突破。”
