1978年5月1日那一期的《物理評論D》（Physical Review D）雜志發(fā)表了一篇題為“物質(zhì)中的中微子振蕩”（Neutrino oscillations in matter）的論文，作者是美國卡耐基梅隆大學(xué)的著名物理學(xué)家林肯·沃芬斯坦（Lincoln Wolfenstein），當(dāng)時他已經(jīng)55歲了。在這篇日后成為中微子物理學(xué)經(jīng)典文獻(xiàn)之一的文章中，沃芬斯坦開門見山地指出：當(dāng)討論中微子束流在物質(zhì)中傳播時，必須考慮中微子與物質(zhì)中的電子、質(zhì)子和中子的向前相干散射效應(yīng)，因?yàn)檫@類反應(yīng)會改變中微子的真空振蕩行為。他特別強(qiáng)調(diào)，即便中微子沒有質(zhì)量，它們在物質(zhì)中傳播時也會發(fā)生振蕩，前提條件是中微子與物質(zhì)的弱中性流相互作用存在非對角的項(xiàng)，可以將不同類型的中微子聯(lián)系起來，從而導(dǎo)致味轉(zhuǎn)化效應(yīng)。

　　Lincoln Wolfenstein 

　　Neutrino oscillations in matter

　　眾所周知，電弱統(tǒng)一理論所預(yù)言的弱中性流過程是在1973年通過測量中微子與原子核的散射而被發(fā)現(xiàn)的。那之后這一新的相互作用形式成了理論和實(shí)驗(yàn)研究的熱點(diǎn)課題。雖然標(biāo)準(zhǔn)的弱中性流相互作用對三種類型的中微子是一樣的，但是當(dāng)時實(shí)驗(yàn)尚未排除非標(biāo)準(zhǔn)的情況，因此對新物理孜孜以求的沃芬斯坦自然不肯放過非標(biāo)準(zhǔn)相互作用導(dǎo)致中微子在物質(zhì)中發(fā)生振蕩的可能性，畢竟那時候誰都不清楚中微子是否真的具有靜止質(zhì)量。

　　但是沃芬斯坦這篇迄今為止已經(jīng)被引用4500余次的論文卻存在兩處令人感興趣的玄機(jī)。首先，他在論文的致謝部分感謝了意大利實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家艾米利奧·扎瓦緹尼（Emilio Zavattini）問了一個“正確的問題”（the right question）。這說明他的最初想法應(yīng)該受到了扎瓦緹尼的問題的啟發(fā)。科學(xué)研究就是這樣，有時候一個好問題會帶來一個好想法。其次，他在參考文獻(xiàn)[8]處寫道，“我感謝丹尼爾·威勒博士指出帶電流相互作用項(xiàng)的重要性”（I am indebted to Dr. Daniel Wyler for pointing out the importance of the charged-current term）。而從正文中相應(yīng)部分的討論可以看出，中微子與物質(zhì)之間通過帶電流相互作用所發(fā)生的向前相干散射，才是我們今天所熟知的標(biāo)準(zhǔn)的物質(zhì)效應(yīng)，即可以修改中微子的真空振蕩行為的效應(yīng)。由此可見，沃芬斯坦這篇傳世之作從最初想法到關(guān)鍵內(nèi)容，都受到了別人的啟發(fā)。

　　Daniel Wyler

　　威勒何許人也？他是沃芬斯坦的博士研究生，當(dāng)時剛獲得博士學(xué)位不久，后來成為瑞士蘇黎世大學(xué)的教授。按照常理，學(xué)生指出了導(dǎo)師所研究的課題的關(guān)鍵之處，兩人應(yīng)該合作才是。但沃芬斯坦還是單獨(dú)完成了這篇代表其學(xué)術(shù)生涯最高水平的論文。值得注意的是，他的四篇引用率超過500次的論文，都是一個人完成的；而與學(xué)生或同事合作的論文，則似乎都沒有達(dá)到如此之高的影響力。這或許從一個側(cè)面說明了他的科研性格。

　　沃芬斯坦在芝加哥大學(xué)讀研究生時，他的老師中有兩位諾貝爾獎得主：恩里科?費(fèi)米（Enrico Fermi）和瑪麗亞?哥珀特-梅耶（Maria Goeppert-Mayer）。而他的博士論文導(dǎo)師愛德華?泰勒（Edward Teller）也是一位大物理學(xué)家。沃芬斯坦的同學(xué)之中后來出了四位諾貝爾獎獲得者：李政道、楊振寧、歐文?張伯倫（Owen Chamberlain）和杰克?斯坦伯格（Jack Steinberger）。可想而知，沃芬斯坦在科研的道路上一定是那種追求卓越、努力證明自我的類型。雖然他最終沒有獲得諾貝爾獎的殊榮，但卻也因?yàn)閷χ形⒆游锢韺W(xué)和CP對稱性破壞問題的重要貢獻(xiàn)而獲得了美國物理學(xué)會的櫻井獎（J.J. Sakurai Prize，1992年）和俄羅斯的布魯諾?龐緹科夫獎（Bruno Pontecorvo Prize，2006年），成為國際一流的理論物理學(xué)家。

　　2004年，沃芬斯坦在一篇公開發(fā)表的文章中寫道，“我覺得自己從所有的學(xué)生那里學(xué)到的東西，與他們從我這里學(xué)到的東西一樣多”（I think I have learned as much from all my students as they have learned from me）。這自然是導(dǎo)師的一種謙遜，而他的學(xué)生們也不一定都同意。比如巴里?霍斯頓（Barry Holstein）就說過，他師從沃芬斯坦學(xué)習(xí)的不僅是物理學(xué)知識，而且還是一位科學(xué)家和世界公民的風(fēng)范。

　　從1978年到1985年，沃芬斯坦關(guān)于中微子振蕩與物質(zhì)效應(yīng)的論文并沒有引起太多的關(guān)注，直到蘇聯(lián)（俄羅斯）物理學(xué)家斯坦尼斯拉夫?米赫耶夫（Stanislav Mikheyev）和阿列克謝?斯米爾諾夫（Alexei Smirnov）的那篇題為“中微子在物質(zhì)中振蕩的共振放大效應(yīng)以及太陽中微子的譜學(xué)”（Resonant amplification of neutrino oscillations in matter and solar neutrino spectroscopy）的論文問世。這篇論文發(fā)表在《蘇聯(lián)核物理學(xué)期刊》（Soviet Journal of Nuclear Physics）上，其中著重強(qiáng)調(diào)了沃芬斯坦所推導(dǎo)出來的有效中微子混合角在物質(zhì)密度或中微子能量取合適的值時，會出現(xiàn)共振放大效應(yīng)，從而導(dǎo)致強(qiáng)烈的味轉(zhuǎn)化----即一種類型的中微子在物質(zhì)中明顯地轉(zhuǎn)化成另一種類型的中微子，盡管真空中的混合角很小。他們隨后分析了太陽的物質(zhì)密度從中心到表面的變化以及中微子的能譜，確認(rèn)上述共振放大效應(yīng)總是可以自然而然地發(fā)生。

Stanislav Mikheyev & Alexei Smirnov

　　平心而論，米赫耶夫和斯米爾諾夫的論文在理論層面上并沒有什么了不起的地方，因?yàn)槠渲饕馕龉蕉紒碜晕址宜固沟慕Y(jié)果。但為什么沃芬斯坦本人和其他美國的中微子專家們沒有關(guān)注到共振放大效應(yīng)可以解決自1968年以來就懸而未決的太陽中微子失蹤之謎呢？這一點(diǎn)的確令人百思不得其解。換句話說，共振是一種普遍的物理現(xiàn)象，任何人都可以從沃芬斯坦的混合角方程看出共振放大的可能性，但是機(jī)會卻在1985年留給了兩位蘇聯(lián)物理學(xué)家。1986年，諾貝爾獎得主漢斯?貝蒂（Hans Bethe）等人也發(fā)表文章探討太陽物質(zhì)效應(yīng)引起的中微子振蕩放大效應(yīng)，于是以米赫耶夫、斯米爾諾夫和沃芬斯坦三人姓氏字頭命名的“MSW效應(yīng)”稱為中微子物理學(xué)的一個重要概念。

　　2001年，亞瑟?麥克唐納（Arthur McDonald）領(lǐng)導(dǎo)的加拿大SNO合作組以令人信服的方式觀測到了太陽中微子的味轉(zhuǎn)化效應(yīng)，從而最終揭開了太陽中微子失蹤之謎的謎底。米赫耶夫和斯米爾諾夫也因此與沃芬斯坦分享了2006年度的布魯諾?龐緹科夫獎，而且二人還在2008年獲得了美國物理學(xué)會的櫻井獎。

　　最后值得一提的是，目前幾類實(shí)驗(yàn)所觀測到的太陽中微子振蕩行為主要處在真空振蕩主導(dǎo)（pp與Be-7中微子）和物質(zhì)主導(dǎo)（B-8中微子）的兩個區(qū)域，而中間可能發(fā)生共振放大效應(yīng)的區(qū)域還沒有被觸及。未來的太陽中微子實(shí)驗(yàn)將會就MSW效應(yīng)開展更為全面而深入的研究。 

　　（作者：邢志忠，中國科學(xué)院高能物理研究所）