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什么是中微子？用发现者核物理学家Clyde Cowan的原话讲，中微子是人类所能设想到的最微小的物质：质量轻微、不带电、自旋为1/2，是构成物质世界的基本单元。

中微子被称为“撼动宇宙的小粒子”。

无处不在却又神秘莫测，容易创造却难以捕捉。它们从太阳和恒星的核反应中喷涌而出，并以每秒万亿的速度穿越我们周遭的世界。

物理学家认为在混沌初开，大爆炸后一秒钟，宇宙迅速的膨胀，中微子再也无法同有电磁力、强力作用的粒子相撞，中微子同时也停止了和其他粒子的弱作用力，成为宇宙中独自飘荡的旅人。

从此，中微子看尽宇宙中星球的诞生与毁灭、文明的兴盛与衰败，看透永恒与无常。

中微子还有个镜像双胞胎叫反中微子。

在本周的《自然》杂志上，研究人员追随Cowan的脚步，认为中微子和反中微子之间的行为差异，或者说不对称性，可能有助于解释宇宙中最大的谜团之一，物质为何多于反物质。

这种不对称性似乎就解释了为什么宇宙大爆炸期间，物质比反物质多出那么多，也就进一步解释了今天我们世间万物的存在。正反物质相遇时，双方就会彼此湮灭。如果正反相互抵消，那么当初留给我们茫茫宇宙的就只剩下光子和暗物质。人类也当然不曾存在。世间枯荣，在此一瞬。

新研究主要归功于日本的T2K粒子物理实验室，T2K意思是日本的东海（Tokai）到神冈（Kamioka），这是一个国际粒子物理合作项目，由数百名物理学家组成。早在2016年，T2K 团队开始看到中微子和反中微子行为不对称的迹象。经过多年的数据收集和分析，他们的最新证据也越来越详实。

T2K实验室发言人，日内瓦大学的 Federico Sanchez Nieto在《自然》杂志上报道了最新的实验结果。他说: “我很兴奋，因为这是我们第一次有了可靠的证据。”

自20世纪90年代以来，实验发现表明，中微子有三种“味”，分别为电子e、渺子μ和陶子τ中微子。这里说的“味”不是味觉的“味”，而是基础粒子的一种属性。任何一味的中微子都会随着时间变化而“变味”，也就是振荡。

自2010年以来，T2K 的科学家们一直在制造高密度的μ介子中微子和反中微子束，并将它们传送到295公里外的超级神冈探测器中微子观测站，那里有一个地下装有50000吨纯水的大水箱，还装着传感器。

中微子到达时，会与水箱内的原子相互作用，辐射指示器会发出闪光。科学家们努力想看看，这些中微子和反中微子在它们的“越野旅行”中是否会发生振荡，从 渺子μ 变成了电子e。而一直到2013年7月19日都没有没有观察到振荡迹象。

但最新的数据表明，中微子比反中微子有更高的振荡概率，这种区别可以用宇称不守恒来表示。宇称不守恒，是粒子物理学中的一个术语。它说明在一个物理过程中的宇称对称被破坏了。

实验中，如果宇称守恒，则表明中微子和反中微子行为相同，按道理实验将会检测到大约68个电子中微子和20个电子反中微子。 但事实是，实验中发现了90个电子中微子和只有15个电子反中微子，这种中微子和反中微子高度不均等的结果证明，宇称不守恒很可能不仅仅是理论 。

研究人员表示，“我们点燃了第一根蜡烛，但是终极大奖——对宇称不守恒的最终发现——还没有到来。”

美国的 NOvA 实验也在检测中微子振荡，用来发现宇称不守恒。但即使把T2K实验室和NOvA的结果加起来，也不能证明结论的完全准确。

未来，美国将于2027年开展一个更大规模的实验，名为 DUNE。T2K 的后续实验叫做 T2HK，应该能够进一步测量到精准的宇称不守恒。

一直以来人类都坚定的认为宇宙是对称且守恒的：有左就应该有右，有正就应该有负，有死就应该有生。大到故宫的设计、小到普通的鞋子，都能看到对称的影子。

然而在1956年，两位华人物理学家杨振宁和李政道却提出了震动整个科学界的理论：宇称不守恒，又称CP破坏或CP不守恒。

他们认为，θ-τ之谜所带来的宇称不守恒问题不是一个孤立事件，宇称不守恒很可能就是一个普遍性的基础科学原理。

同时他们发现，在强相互作用领域，宇称守恒定律确有严格证明，可是在弱作用领域中，虽然宇称守恒这假设被广泛应用，但是事实上宇称守恒定律从未得到过真正的实验验证。

之后，美籍华裔物理学家吴健雄和美国国家标准局科学家安伯勒等合作，用简洁明了的实验验证了弱相互作用中宇称不守恒的猜想。

该理论推翻了物理学界30年来信仰的“宇称守恒定律”。由于宇称不守恒定律的重大突破性太过明显，诺贝尔奖评委毫不犹豫的在来年的评选中，直接向两位物理学家颁发了诺贝尔物理学奖。

中微子间的宇称不守恒解释了宇宙早期物质是如何诞生的。

这一理论涉及到中微子的另一个显著特性: 它们都是“左撇子”，也就是说那些向你飞奔而来的中微子看起来总是顺时针飞速旋转。而所有的反中微子都是右撇子，逆时针方向旋转。

对此，专家们还提出了一个“跷跷板”理论：中微子和反中微子曾经也质量很大，而且旋转方式不同。 这些超大质量粒子很可能在炎热高能的宇宙早期形成，并且在那个宇宙时期迅速衰变为质量更轻的粒子 。而就在衰变的过程中，发生了不对称，产生了多余的物质，也就衍生出了今天的宇宙和世间万物。

与此同时，又出现了另外一个问题: 那些超重的中微子和反中微子，究竟是如何衰变的呢。物理学家正在寻找一种极其罕见的核衰变来解释。但是到目前为止还没有进展。

1930年，奥地利物理学家泡利提出了中微子假说，认为这种粒子静止质量为零、电中性，穿透性极强，可以轻松穿越地球，速度接近光速。

但这种粒子物质的相互作用又极其微弱，很难探测到。这样的物质简直太让人着迷了！几十年来物理学家们一直尝试用各种方法去探测，甚至捕获它，使得中微子研究领域硕果累累，仅因为中微子而诞生的诺贝尔奖就有6次，堪称诺贝尔奖生产机。

1956年，美国人莱因斯和柯万首次在实验中直接观测到中微子，获得1995年诺贝尔奖。

1962年，美国人莱德曼，舒瓦茨，和斯坦伯格利用布鲁克海汶实验室的15GeV质子加速器AGS，建立了世界上第一条中微子束流。发现第二种中微子——μ中微子，获1988年诺贝尔奖。

1968年，美国戴维斯首次探测到太阳中的中微子，获2002年诺贝尔奖。

1987年，神冈实验与美国IMB实验首次探测到超新星中微子，小柴昌俊和戴维斯分享2002年诺贝尔奖。

1998年，日本超级神岗器发现中微子振荡现象，梶田隆章获2015年诺贝尔奖，该发现证明了中微子质量不为零。

2001年，加拿大SNO实验证实失踪的太阳中微子转换成了其它中微子，阿瑟·麦克唐纳获2015年诺贝尔奖。

参考链接：

量子通信是当下热门的科研话题之一。

但由于光子的衰减，量子通信会被距离所限制， 这些光子就正如神话故事里的“牛郎”和“织女”一样，被分隔在光纤两端 。

如果说牛郎织女可以靠着“鹊桥”每隔一年相会一次。

那么在量子世界里，能让“光子牛郎”和“光子织女”相遇的“鹊桥”就是 “量子中继” 。

中国科学技术大学郭光灿院士团队 李传锋、周宗权研究组 利用固态量子存储器和外置纠缠光源，首次实现两个 吸收型量子存储器之间的量子纠缠 ，并演示了多模式量子中继。

该研究成果登上国际著名学术期刊《Nature》新一期封面，这也是中国量子存储和量子中继领域的重大进展。

受限于光子数在光纤中的指数衰减，远程量子纠缠的传输距离被限制在百公里水平。

中科大科研团队是这么描绘远程量子纠缠传输难题：“通过光纤向距离一千公里外的地方每秒发射一百亿个光子，要花三百年才能接收到一个光子。”

距离问题，就成了当下量子网络建设亟待解决的问题之一 。

为此，科学家们提出量子中继的思想，即将远距离传输划分为若干短距离基本链路，先在基本链路的两个临近节点间建立可预报的量子纠缠，然后通过纠缠交换技术进行级联，从而逐步扩大量子纠缠的距离。

通俗易懂来讲： 如果直接发送光子很困难，那么可以像短跑接力一样，将光子分段传输，从而实现远距离通信。

这其中的技术核心是量子存储技术，作为量子中继的核心器件， 量子存储器对光子比特进行缓存，并用于储存光子纠缠态 。

而当前业内一直研究的课题，就是 提升纠缠连接效率 。

目前，国际上的研究者已在冷原子气体和单量子系统中实现量子中继的基本链路，但均基于 发射型量子存储器 构建，其纠缠光子是由存储器本身发射出来的。此前，李传锋教授在接受新华社采访时表示：发射型量子存储器，要么一次只能传输1个量子，效率低；要么一次传输多个量子，但精确率低。

这种架构难以同时支持确定性光子发射和多模式复用存储，限制了纠缠分发的速率。

而此次李传锋、周宗权研究组的 吸收型量子存储器 的量子中继架构，把量子存储器和量子光源分离开来，故能同时兼容确定性光子源和多模式复用， 是目前理论上通信速率最优的量子中继方案 。

简单来说， 存储和发射分离开来，可以保证传输时的精确度。

此前，李传锋、周宗权研究组长期从事基于稀土离子掺杂晶体的固态量子存储器的研究。

早在2015年，该团队就首次利用光子的空间自由度实现复用量子存储，存储维度数达到51维，至今保持固态量子存储维度数最高水平。

此后，研究组还进一步证明他们的存储器可以在时间和频率自由度实现任意脉冲操作，代表性的操作包括脉冲排序、分束、分频、异频光子合束和窄带滤波等。

在本次实验里，研究组研究的是 基于稀土离子掺杂晶体 的固态量子存储，这种存储器利用两块毫米厚的掺钕钒酸钇晶体，分别处理光的两种正交偏振态。

基于独创的“三明治”结构，每对纠缠光子中的一个光子被三明治型量子存储器所存储，然后，每对纠缠光子中的另一个光子会同时传输至中间站点，这就实现了量子中继。

《Nature》杂志审稿人对此次的研究成功给予高度评价并表示：“这是在地面上实现远距离量子网络的一项重大成就。”

总结来讲，这次研究成果就是如何让单个微弱的纠缠态光子在光纤中尽可能远的传输，传输的其实依然是量子密钥，距离真正的“量子+通讯”还有一定距离。

但这依然是中科大这些年量子通讯领域一系列进步的延续，也延续着该领域的国际领先地位。

目前来看， 中国已经走在了国际量子通信领域的前列。

一方面，中国拥有世界上最好的光纤资源，这为其大规模实施量子通信提供了土壤。另一方面，行业头部企业在产品上的突破和通信巨头的入局，国内外相关标准制定的推进，也为量子通信低成本产业化带来可能。

在未来， 信息安全本身是一个刚需、庞大的市场，而量子通信作为信息安全中的重要战略产业 ，也将一直保持行业技术突破，直到我国实现“量子霸权”。

对于今后的研究方向，李传锋教授表示：下一步，研究组将继续提高量子存储器的各项指标，并采用确定性纠缠光源，从而大幅提高纠缠分发的速率，努力实现超越光纤直接传输的实用化量子中继器。

我们也期待中科大科研团队能在未来有更大的突破。

杂交水稻，顾氏小盗龙，x射线晶体图，远古翔兽这种哺乳动物，北京猿人的同位素年龄等等。

在近年来流行的各种所谓的“高科技”视频中，疏水材料令人印象深刻。在衣服和鞋子上倒一大瓶可乐、酱油，甚至番茄酱，一滴也碰不到。今年可以说是人类历史上非常不平凡的一年。COVID-19引起了全球恐慌。然而，截至今年年底，《自然》杂志发表了十项重大科学发现。其中一项发现在网民中引起了热烈讨论。也就是说，科学研究表明，过度的压力会导致头发变白。

我也读过关于这一点的相关报道。下一步，我会帮你解决的。如果你能穿这样的衣服，那就不实用，更别说酷了。你应该知道，安装x是人类进步的第一生产力；东汉桓公年间，梁毅将军从蜀国得到了一件棉袄。他急忙举行宴会，把所有熟人都叫来了。然后他故意把食物撒在衣服上，“用火洗衣服”，这让每个人都垂头丧气。如果超疏水材料可以用于日常生活，那么向朋友展示x是不可避免的。

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