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中微子是一种非常微小的亚原子粒子，它们以高速运动着穿过宇宙，传播着各种能量和信息。科学家们长期以来认为，中微子的速度始终不可能超过光速，因为光速是宇宙中的飞跃极限。然而最近的一项实验结果却颠覆了这个传统的想法，表明中微子超过了光速，这引起了科学界的广泛关注和热议。
中微子的超光速运动对宇宙学和基础物理学领域有着重要的影响。首先它可能会改变我们对大爆炸理论的认识，从而影响宇宙的起源和演化。另外，它对粒子物理学的理论也有挑战作用，可能会极大地推动粒子物理学的发展和探索。此外，这一发现也将对各种传统理论和常识的重新审视和重新思考，从而有助于人们更好地理解世界和宇宙。
中微子仅次于光子作为宇宙第二丰富的粒子，也是宇宙大爆炸时遗留下来的古老遗迹，除了微波背景辐射，宇宙标准模型最后一个未经验证的预言就是中微子背景，那么中微子在宇宙早期是怎样产生的？它们如何能大量的保存下来？我们为什么探测不到中微子背景？下面我就从宇宙的起源说起。
中微子是怎样是正反物质湮灭中大量存活的
宇宙源于大爆炸，那大爆炸这个想法是咋来的？其实是一个很简单的推理，自从哈勃说我们这个宇宙不是恒定不变的，星光在红移空间在膨胀，绝大多数星系正在远离我们，而且离我们越远的星系推行的速度越快。
还不止这些，当你看到一个遥远星系的时候，因为光速是有限的，所以你看到的是遥远的过去。那么把时间倒过来，宇宙在过去肯定体积更小、密度更大、温度也更高，这就有了大爆炸的想法，大爆炸并不是字面上的意思，并没有什么东西真的爆炸了，其实说的是热膨胀状态，意指宇宙的膨胀。
我们继续让时间倒流，宇宙的密度和温度会持续增加，在宇宙38万年的时候，温度降低到了中性原子可以稳定形成的时候，这时宇宙发出的第一缕光就是我们常说的微波背景辐射，在这之前由于温度较高辐射能量可以将中性原子电离，这时的宇宙就是一片等离子体的海洋，充满了原子核、电子和辐射。如果再往前追溯，宇宙温度会持续增加，原子核都无法在这种高温下稳定的结合在一起，因为一个能量足够高的光子会把原子核炸开形成自由的质子和中子。下图：
这个时期形成的原子核就是宇宙最终的初始原子，但只有8%的质子和中子形成了氦-4，其余的都是单个质子也就是氢核。
但是再往前追溯，我们会发现宇宙中的能量高到光子会自发的形成形成粒子-反粒子对。
其中包括所有的夸克/反夸克对，所有的轻子/反轻子对，所有的胶子、光子和弱玻色子，以及任何迄今尚未发现的粒子。当整个可观测的宇宙被压缩到一个直径小于一光年的空间时，这些粒子/反粒子对就会大量存在，在近似平衡状态下自发地产生和湮灭。
上图可以看到宇宙的这种稠密高温状态不会持续很长时间。随着宇宙的膨胀和冷却，这时的能量再想制造新的粒子-反粒子对会变得越来越困难，而已经存在的正反粒子对将继续湮灭成光子。但是随着空间膨胀的越来越大，由于正反粒子的密度被稀释，粒子很难找到对方，所以湮灭的速度就大幅降低。在同样的密度下，粒子之间发生相互作用的几率取决于粒子的反应横截面，俗称大小。
所以正反粒子湮灭的几率也取决于粒子本身的反应截面，反应截面太小没有来得及湮灭的粒子就会被永久的“冻结”（冷却，损失能量），只要这些粒子能够保持稳定，不会衰变，那么它们就会一直被“保存”到今天。
我们目前知道有三种这样的粒子及其反粒子有这样的本事大量存活：中微子！
宇宙中微子背景
中微子有三种口味来匹配三种带电轻子：电子、μ子和τ子，这三种中微子是已知的最轻、质量最低的非零质量粒子。最重中微子的质量上限仍然比第二轻的电子轻了400多万倍。
中微子的反应截面依赖于自身的能量，在较低的能量下反应截面会变得非常小。到宇宙诞生大约一秒钟的时候，中微子和反中微子由于能量降低就停止相互作用，随着宇宙的膨胀，它们继续失去能量并冷却了下来。上文我们说到中性原子形成以后，光子就会自由的传播，这就是宇宙微波背景的来源。
但是中微子和光子略有不同。宇宙微波背景(CMB)的光子有一个类似于上图的能量谱，其峰值温度为2.725开尔文。
宇宙中微子背景的温度应该稍微低一点，估计为1.96开尔文，最重要的区别是：与光子不同，中微子有质量！
中微子的质量虽小，但比遗留下来的热能要大的多。根据中微子的质量，它们现在的移动速度应该不超过每秒几千公里，可能只有每秒几百公里。
中微子的质量和能量告诉我们，它们已经充满了包括银河系在内的所有大尺度结构中。只占暗物质总量的一小部分大约为0.3%。
目前我们还不知道怎样大量有效的探测这些中微子。
为什么无法大量的探测到中微子
我们现在可以探测到少量的中微子，但只有中微子总量的10亿分之一。由于中微子现在的能量导致其反应横截面非常小，又不参与电磁相互作用和强相互作用，只与弱相互作用和引力互动，由于弱相互作用是一种短程力，比原子核的半径还要小，而中微子的截面想撞上原子核就像，八百里开外想打一直苍蝇，所以在中微子面前所有东西都是透明的。
探测中微子背景辐射是关于大爆炸最后一个未经验证的伟大预言，尽管每立方厘米的空间中有数百个中微子和反中微子，尽管中微子以每秒数百公里的速度快速在移动，但是中微子能与正常物质发生的唯一相互作用是核反冲，也就是上文所说的撞击原子核。这种几率也不足以我们大量的探测中微子背景辐射。
总结：中微子的其他问题
还有一些关于中微子的问题，我们很长一段时间认为中微子具有左手态，也就是说，它们的自旋总是和动量方向相反，或自旋-?。反中微子具有右手态，自旋总是指向与动量相同的方向或自旋+?。而我们所知道的所有其他半整数自旋粒子都有自旋±?版本，无论是物质和反物质。
但中微子不行。这就引发了人们的猜测，即中微子实际上可能是它们自己的反粒子，被称为马约拉纳（Majorana）中微子。如果中微子是自己的反粒子，那么就会有一种特殊类型的双β衰变，但目前还没有检测到。
这就是宇宙大爆炸留下的10^90个中微子和反中微子，中微子的特殊性质使它们成为宇宙中仅次于光子，第二丰富的粒子。宇宙中每一个质子对应了超过10亿个中微子。但是这些遗留下来的中微子，构成的宇宙中微子背景(CNB)，我们完全探测不到。这也是最后一个未经证实的关于大爆炸的伟大预言:宇宙中微子背景！
中微子是在各种各样的核过程中产生的难以捉摸的亚原子粒子。他们的名字，意思是“小中性”，指的是他们不带电荷的事实。在宇宙中的四种基本力中，中微子只与两种重力和弱力相互作用，这两种力导致原子的放射性衰变。由于几乎没有质量，它们以接近光速的速度快速穿过宇宙。
无数中微子在大爆炸后的一秒钟内就出现了。而新的中微子一直都在产生：在恒星的核中心，在地球上的粒子加速器和原子反应堆中，在超新星爆炸性坍塌和放射性元素衰变期间。根据康涅狄格州纽黑文耶鲁大学的物理学家卡斯滕·希格的说法，这意味着宇宙中中微子的数量平均是质子的10亿倍。
尽管中微子无处不在，但它们在很大程度上仍是物理学家的一个谜，因为这些粒子很难捕捉。中微子在大多数物质中流动，就好像光线穿过一个透明的窗口，几乎不与存在的其他物质发生相互作用。此时，大约1000亿中微子正穿过你身体的每平方厘米，尽管你不会感觉到任何东西。
中微子首先被认为是科学谜团的答案。19世纪末，研究人员对一种被称为β衰变的现象感到困惑，即原子内的原子核自发地发射电子。β衰变似乎违反了两个基本物理定律：能量守恒和动量守恒。在β衰变中，粒子的最终构型似乎能量略为不足，质子静止不动，而不是被反方向的电子撞击。直到1930年，物理学家沃尔夫冈·保利才提出一个想法，那就是一个额外的粒子可能正从原子核中飞出，携带着缺失的能量和动量。
“我做了一件可怕的事。“我假设了一个无法被探测到的粒子，”保利对一位朋友说，他提到了这样一个事实：他假设的中微子是如此幽灵般，以至于它几乎不与任何东西发生相互作用，质量也几乎为零。
四分之一个多世纪后，物理学家克莱德·考恩和弗雷德里克·雷恩斯建造了一个中微子探测器，并将其放置在南卡罗来纳州萨凡纳河核电站的核反应堆外。他们的实验成功地阻止了从反应堆中飞出的数百万亿中微子中的一些，考恩和莱恩斯骄傲地给保利发了一封电报，通知他他们的确认。雷恩斯将继续赢得1995年的诺贝尔物理学奖——到那时，考恩已经去世了。
太阳产生大量的中微子轰击地球。在20世纪中叶，研究人员建造了探测器来搜索这些中微子，但是他们的实验一直显示出一种差异，只检测到了已经预测的大约三分之一的中微子。要么是天文学家的太阳模型出了问题，要么是发生了一些奇怪的事情。
物理学家最终意识到中微子可能有三种不同的类型。普通中微子被称为电子中微子，但也存在另外两种口味：μ子中微子和τ中微子。当中微子穿过太阳和地球之间的距离时，中微子在这三种类型的中微子之间振荡，这就是为什么那些早期的实验——仅仅是为了寻找一种口味——总是缺少它们总数的三分之二。
但只有具有质量的粒子才能经历这种振荡，这与先前认为中微子是无质量的观点相矛盾。虽然科学家们还不知道所有三个中微子的确切质量，但实验已经确定它们中最重的必须至少比电子质量小0.0000059倍。
2011年，意大利乳剂跟踪装置（Opera）振荡项目的研究人员宣布，他们检测到中微子的运行速度超过光速，这是一项被认为不可能的工作，引起了全世界的轰动。尽管媒体广泛报道了这一结果，但科学界对这一结果表示了极大的怀疑。不到一年后，物理学家们意识到，错误的布线模拟了比光更快的发现，中微子回到了宇宙中守法粒子的领域。
但是科学家们仍然有很多关于中微子的知识。最近，芝加哥附近费米国家加速器实验室（费米实验室）的微助推器中微子实验（miniboone）的研究人员提供了令人信服的证据，证明他们已经检测到一种新类型的中微子，称为无菌中微子。这一发现证实了在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室进行的一项实验——液体闪烁中微子探测器（LSND）上发现的早期异常现象。无菌中微子将颠覆所有已知的物理学，因为它们不符合所谓的标准模型，这是一个解释除了重力之外几乎所有已知粒子和力的框架。
如果miniboone的新结果成立，“那将是巨大的；这超出了标准模型；这将需要新的粒子……一个全新的分析框架，”杜克大学的粒子物理学家凯特·斯科尔伯格告诉《现场科学》。
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