对于中微子来说，今年是辉煌的一年。上个月，两位物理学家因确定这种难以捉摸的基本粒子可以在三种类型或“味”之间转换而获得了诺贝尔物理学奖。现在，同样的发现也为其发现者赢得了2015年基础物理学突破奖——这项由亿万富翁风险投资家尤里·米尔纳三年前发起设立的300万美元奖项。然而，这两个荣誉之间有一个关键的区别：突破奖将由1370名物理学家分享。
五个实验的七位领导者以及报告这些实验突破性成果的科学论文的所有共同作者将成为突破奖得主。五个团队将分享奖金（每个团队60万美元），其中三分之二的奖金将给领导者，三分之一给合作者。如此庞大的获奖者群体是突破奖的最高纪录。（此前最大的获奖群体是去年因发现宇宙正在加速膨胀而分享奖项的51位科学家。）这也与传统的科学奖项颁发方式大相径庭——众所周知，每个科学领域的诺贝尔奖都仅限于三位获奖者。“我们认为，重要的是要认识到，这些实验需要许多人的大量辛勤工作，”突破物理学奖遴选委员会主席，也是首届突破奖得主之一的物理学家爱德华·威滕说。“我们认为，象征性地包括所有参与者是很重要的。”
考虑到今年这两个奖项都在庆祝同一项成就，突破奖和诺贝尔奖之间的对比尤其明显——突破奖的官员表示，这种情况纯属巧合。突破奖得主在今年夏天就已经被告知，远早于诺贝尔奖的宣布。“今年能获得两个委员会的认可，感觉非常好，”安大略省皇后大学的亚瑟·麦克唐纳说，他因在加拿大萨德伯里中微子观测站（SNO）的工作而获得了诺贝尔奖和突破奖。“我们不是为了赢得奖项而去的；我们是为了做扎实的物理学，但这些奖项表明，科学界认为我们的成果非常重要。”今年与麦克唐纳共同获得物理学诺贝尔奖的东京大学的高木隆章也将获得突破奖，他说这些奖项是极大的荣誉。“我特别为突破奖对整个合作的认可感到高兴。”
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SNO和梶田的实验，日本的超级神冈（Super-K），是第一个发现一种“味”的中微子可以改变或“振荡”为另一种的项目。1998年，超级神冈使用了一个埋藏在地下1公里处的5万吨纯水罐来捕捉宇宙射线（来自太空的高能带电粒子）和地球大气中的原子相互作用时产生的中微子。中微子很难被固定下来——它们往往会直接穿过物质，甚至穿过地球和我们的身体，而不会撞到任何东西。偶尔，它会与探测器中的一个水原子碰撞，释放出超级神冈可以识别的明亮光环。该实验寻找来自两个方向的μ子中微子，即宇宙射线相互作用产生的主要“味”——天空上方和实验地下方。（后者是在地球另一侧的大气中产生的，然后穿过地球到达超级神冈。）研究人员发现来自上方的中微子比来自下方的多，并得出结论，起源于地球另一侧的μ子中微子，它们必须经过更远的距离才能到达超级神冈，因此有更多的时间转变成另外两种“味”，即电子和τ子。
几年后，SNO在来自太阳的中微子中观察到了类似的现象。我们恒星核心的聚变反应会产生大量的电子“味”中微子。然而，SNO在其由重水（其中氘同位素取代了普通氢）制成的探测器中，看到的电子中微子比预期的少，而μ子和τ子中微子更多。再次看来，中微子在从太阳到地球的途中交换了身份。随后的更多实验发现了中微子振荡的进一步证据：日本的神冈液体闪烁反中微子探测器（KamLAND），以及从KEK到神冈（K2K）和东海到神冈（T2K）的长基线中微子振荡实验，以及中国的 大亚湾反应堆中微子实验。所有这些项目背后的领导者和团队也分享了今年的突破奖。
中微子可以改变“味”的启示不仅仅是奇怪——它也与长期以来认为它们没有质量的观点相矛盾。为了让它们振荡，它们必须具有不同的、因此是非零的质量。这一发现与粒子物理学的统治理论——标准模型相矛盾，该模型无法解释中微子是如何获得质量的。“我们的世界可以用标准模型很好地解释，但该模型假设中微子没有质量，”东京大学超级神冈的共同领导人铃木洋一郎说。“这意味着当前的标准模型必须进行扩展。”
因此，中微子振荡开辟了一个全新的研究领域，以研究中微子到底有多少质量以及为什么。在最初的实验之后的十多年里，科学家们越来越精确地分析了中微子振荡，从而可以对中微子的总质量设置上限。物理学家现在可以说，其中两个中微子的质量相似，而第三个中微子的质量要么明显大得多，要么明显小得多。确定哪种情况是正确的，应该有助于解释它们最初是如何获得质量的——这个谜题的解决方案可能涉及物理学家以前从未见过的过程。几个正在进行和即将进行的实验都旨在解决这些问题。“现在中微子非常热门，”北京高能物理研究所的大亚湾实验共同领导者王贻芳说。“我们正处于一个非常特殊的时刻，我们非常幸运能够参与到这项伟大的科学进步中来。”