中微子振荡（英語：neutrino oscillation）是一个量子力学现象，是指微中子在生成時所伴隨的輕子（包括電子、渺子、陶子）味可在之後轉化成不同的味，而被測量出改變。當微中子在空間中傳播時，測到微中子帶有某個味的機率呈現週期性變化。
理论物理学家布鲁诺·庞蒂科夫最先於1957年提出此猜想。爾後一連串的各种實驗皆觀察到此一現象。微中子振盪也是长期未解决的太陽微中子問題的解答。
中微子振荡无论对理论物理还是实验物理而言都是相当重要的。因为这意味着中微子具有非零的靜質量，这与原始版本的粒子物理标准模型不相吻合。
由於发现了微中子振盪現象存在的證明，並取得微中子質量數據，日本超級神岡探測器的梶田隆章以及加拿大薩德伯里微中子觀測站的阿瑟·麥克唐納兩人獲頒2015年諾貝爾物理學獎。


实验观测 科学家应用各种不同的探测器技术对各能量级的中微子进行测量，如今各种来源的中微子振荡已被多方面的实验收集的大量证据所证实。


= 太阳中微子振荡 =

在以美国科学家雷蒙德·戴维斯领导的Homestake实验中，发现观测到的中微子流量与标准太阳模型预测的不符（太阳中微子问题）。这是实验中人们第一次观测到和中微子振荡有关的现象。随后，更多基于使用放射性元素和水契忍可夫輻射探测器的实验证实了同样的现象。直到2001年加拿大萨德伯里中微子天文台的测量结果发表，人们才能够充分的证实这数量上的不符是由中微子振荡引起的。
太阳中微子的能量及一般在20百万电子伏特以下，传播距离为太阳和地球之间的距离。在5百万电子伏以上，太阳中微子的振荡通过在太阳体内的振荡而产生 MSW 作用，这与下文中将会提到的真空振荡是两个不同的过程。


= 大气层中微子振荡 =
早期IMB，MACRO和日本的神冈探测器均观测到从大气层中放射出的μ中微子与电中微子比例的偏差。此后超级神冈探测器在此基础上进行更为精确的测量，能量覆盖幅度由百万电子伏至亿万电子伏，基线长度为地球的半径。


= 核反应堆中微子振荡 =
核反应堆实验可以用来探测反电中微子的振荡。此类实验中最突出的是KamLAND。反应堆中产生的反中微子和太阳中微子的能量级相当。此类试验的基线长度短至数十米，长至数百公里。
2012日3月8日，大亞灣中微子實驗國際合作組宣佈，發現最後一種中微子振盪，並且測量到其振盪機率 
  
    
      
        
          sin
          
            2
          
        
        ⁡
        (
        2
        
          θ
          
            13
          
        
        )
        =
        0.092
        ±
        0.017
      
    
    {\displaystyle \sin ^{2}(2\theta _{13})=0.092\pm 0.017}
  
 。假若這結果成立，物理學者立可開始研究中微子與反中微子之間的不對稱性，嘗試解釋為甚麼宇宙中的物質超多於反物質。


= 粒子束中微子振荡 =
利用加速器产生的中微子束可使实验相对更容易人为控制。此类的实验观察与大气层中微子振荡同样的现象，基线长度多为数百公里。中微子在此类试验中的能量级为数十亿电子伏。MINOS的最新报告指出其观测结果与K2K及SuperK的相符合。
早期LSND机器发表了非常具有争议性的观测结果。新设计的MinibooNE实验机于2007年初发表的结果驳回了LSND的所谓两中微子模型。
正在设计中的T2K实验将利用295公里长的基线和SuperK探测器来测量一参量
  
    
      
        
          θ
          
            13
          
        
      
    
    {\displaystyle \theta _{13}}
  
，预期2009年开机。类似的NOvA利用810公里长的基线和MINOS探测器。


理论解释 中微子振荡的概念与中性K介子系统中的振荡相似，最早由理论物理学家布鲁诺·庞蒂科夫于1957年提出。
以下将会讨论到的整套原理由庞蒂科夫于1967年发表。一年后太阳中微子问题首次被观提出。接着格利波夫（Gribov）和庞蒂科夫于1969年联合发表了一篇著名的文章《中微子天文学与轻子电量》。


= PMNS矩阵 =

太阳和大气层中微子试验的观测结果说明中微子振荡的根源在于其味特征态与质量特征态不完全相同。这两种特征态之间的关系可通过以下方程来描述：

  
    
      
        
          |
          
            ν
            
              α
            
          
          ⟩
        
        =
        
          ∑
          
            i
          
        
        
          U
          
            α
            i
          
        
        
          |
          
            ν
            
              i
            
          
          ⟩
        
        
      
    
    {\displaystyle \left|\nu _{\alpha }\right\rangle =\sum _{i}U_{\alpha i}\left|\nu _{i}\right\rangle \,}
  

  
    
      
        
          |
          
            ν
            
              i
            
          
          ⟩
        
        =
        
          ∑
          
            α
          
        
        
          U
          
            α
            i
          
          
            ∗
          
        
        
          |
          
            ν
            
              α
            
          
          ⟩
        
      
    
    {\displaystyle \left|\nu _{i}\right\rangle =\sum _{\alpha }U_{\alpha i}^{*}\left|\nu _{\alpha }\right\rangle }
  
,
其中

  
    
      
        
          |
          
            ν
            
              α
            
          
          ⟩
        
      
    
    {\displaystyle \left|\nu _{\alpha }\right\rangle }
  
 是在某一指定味特征态下的中微子。 α可为电子、μ子或τ子。

  
    
      
        
          |
          
            ν
            
              i
            
          
          ⟩
        
      
    
    {\displaystyle \left|\nu _{i}\right\rangle }
  
 是在某一指定质量特征态下的中微子。 其中，i = 1, 2, 3

  
    
      
        
          

          
          
            ∗
          
        
      
    
    {\displaystyle {}^{*}}
  
表明複共軛矩陣（如果把两式中的矩阵参量交换，就可以得到描述反中微子的方程）

  
    
      
        
          U
          
            α
            i
          
        
      
    
    {\displaystyle U_{\alpha i}}
  
通常称为PMNS矩阵（亦称“中微子振荡矩阵”）。这与描述夸克的 CKM 矩阵 非常相似。
假设此矩阵为对等矩阵，那么中微子的味特征态会和质量特征态相同。但实验证明，事实并非如此。
如果把3味的中微子全部考虑进去，此矩阵为3×3矩阵。很多时候只考虑两个，于是会用2×2矩阵。如果要描述多一个中微子（下文会提到），需要4×4或是更高维的矩阵。 以下为3×3矩阵：

  
    
      
        
          
            
              
                U
              
              
                
                =
                
                  
                    [
                    
                      
                        
                          
                            U
                            
                              e
                              1
                            
                          
                        
                        
                          
                            U
                            
                              e
                              2
                            
                          
                        
                        
                          
                            U
                            
                              e
                              3
                            
                          
                        
                      
                      
                        
                          
                            U
                            
                              μ
                              1
                            
                          
                        
                        
                          
                            U
                            
                              μ
                              2
                            
                          
                        
                        
                          
                            U
                            
                              μ
                              3
                            
                          
                        
                      
                      
                        
                          
                            U
                            
                              τ
                              1
                            
                          
                        
                        
                          
                            U
                            
                              τ
                              2
                            
                          
                        
                        
                          
                            U
                            
                              τ
                              3
                            
                          
                        
                      
                    
                    ]
                  
                
              
            
            
              
              
                
                =
                
                  
                    [
                    
                      
                        
                          1
                        
                        
                          0
                        
                        
                          0
                        
                      
                      
                        
                          0
                        
                        
                          
                            c
                            
                              23
                            
                          
                        
                        
                          
                            s
                            
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                          0
                        
                        
                          −
                          
                            s
                            
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                            c
                            
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                    ]
                  
                
                
                  
                    [
                    
                      
                        
                          
                            c
                            
                              13
                            
                          
                        
                        
                          0
                        
                        
                          
                            s
                            
                              13
                            
                          
                          
                            e
                            
                              −
                              i
                              δ
                            
                          
                        
                      
                      
                        
                          0
                        
                        
                          1
                        
                        
                          0
                        
                      
                      
                        
                          −
                          
                            s
                            
                              13
                            
                          
                          
                            e
                            
                              i
                              δ
                            
                          
                        
                        
                          0
                        
                        
                          
                            c
                            
                              13
                            
                          
                        
                      
                    
                    ]
                  
                
                
                  
                    [
                    
                      
                        
                          
                            c
                            
                              12
                            
                          
                        
                        
                          
                            s
                            
                              12
                            
                          
                        
                        
                          0
                        
                      
                      
                        
                          −
                          
                            s
                            
                              12
                            
                          
                        
                        
                          
                            c
                            
                              12
                            
                          
                        
                        
                          0
                        
                      
                      
                        
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                          1
                        
                      
                    
                    ]
                  
                
                
                  
                    [
                    
                      
                        
                          
                            e
                            
                              i
                              
                                α
                                
                                  1
                                
                              
                              
                                /
                              
                              2
                            
                          
                        
                        
                          0
                        
                        
                          0
                        
                      
                      
                        
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                            e
                            
                              i
                              
                                α
                                
                                  2
                                
                              
                              
                                /
                              
                              2
                            
                          
                        
                        
                          0
                        
                      
                      
                        
                          0
                        
                        
                          0
                        
                        
                          1
                        
                      
                    
                    ]
                  
                
              
            
            
              
              
                
                =
                
                  
                    [
                    
                      
                        
                          
                            c
                            
                              12
                            
                          
                          
                            c
                            
                              13
                            
                          
                        
                        
                          
                            s
                            
                              12
                            
                          
                          
                            c
                            
                              13
                            
                          
                        
                        
                          
                            s
                            
                              13
                            
                          
                          
                            e
                            
                              −
                              i
                              δ
                            
                          
                        
                      
                      
                        
                          −
                          
                            s
                            
                              12
                            
                          
                          
                            c
                            
                              23
                            
                          
                          −
                          
                            c
                            
                              12
                            
                          
                          
                            s
                            
                              23
                            
                          
                          
                            s
                            
                              13
                            
                          
                          
                            e
                            
                              i
                              δ
                            
                          
                        
                        
                          
                            c
                            
                              12
                            
                          
                          
                            c
                            
                              23
                            
                          
                          −
                          
                            s
                            
                              12
                            
                          
                          
                            s
                            
                              23
                            
                          
                          
                            s
                            
                              13
                            
                          
                          
                            e
                            
                              i
                              δ
                            
                          
                        
                        
                          
                            s
                            
                              23
                            
                          
                          
                            c
                            
                              13
                            
                          
                        
                      
                      
                        
                          
                            s
                            
                              12
                            
                          
                          
                            s
                            
                              23
                            
                          
                          −
                          
                            c
                            
                              12
                            
                          
                          
                            c
                            
                              23
                            
                          
                          
                            s
                            
                              13
                            
                          
                          
                            e
                            
                              i
                              δ
                            
                          
                        
                        
                          −
                          
                            c
                            
                              12
                            
                          
                          
                            s
                            
                              23
                            
                          
                          −
                          
                            s
                            
                              12
                            
                          
                          
                            c
                            
                              23
                            
                          
                          
                            s
                            
                              13
                            
                          
                          
                            e
                            
                              i
                              δ
                            
                          
                        
                        
                          
                            c
                            
                              23
                            
                          
                          
                            c
                            
                              13
                            
                          
                        
                      
                    
                    ]
                  
                
                
                  
                    [
                    
                      
                        
                          
                            e
                            
                              i
                              
                                α
                                
                                  1
                                
                              
                              
                                /
                              
                              2
                            
                          
                        
                        
                          0
                        
                        
                          0
                        
                      
                      
                        
                          0
                        
                        
                          
                            e
                            
                              i
                              
                                α
                                
                                  2
                                
                              
                              
                                /
                              
                              2
                            
                          
                        
                        
                          0
                        
                      
                      
                        
                          0
                        
                        
                          0
                        
                        
                          1
                        
                      
                    
                    ]
                  
                
                ,
              
            
          
        
      
    
    {\displaystyle {\begin{aligned}U&={\begin{bmatrix}U_{e1}&U_{e2}&U_{e3}\\U_{\mu 1}&U_{\mu 2}&U_{\mu 3}\\U_{\tau 1}&U_{\tau 2}&U_{\tau 3}\end{bmatrix}}\\&={\begin{bmatrix}1&0&0\\0&c_{23}&s_{23}\\0&-s_{23}&c_{23}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}c_{13}&0&s_{13}e^{-i\delta }\\0&1&0\\-s_{13}e^{i\delta }&0&c_{13}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}c_{12}&s_{12}&0\\-s_{12}&c_{12}&0\\0&0&1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}e^{i\alpha _{1}/2}&0&0\\0&e^{i\alpha _{2}/2}&0\\0&0&1\end{bmatrix}}\\&={\begin{bmatrix}c_{12}c_{13}&s_{12}c_{13}&s_{13}e^{-i\delta }\\-s_{12}c_{23}-c_{12}s_{23}s_{13}e^{i\delta }&c_{12}c_{23}-s_{12}s_{23}s_{13}e^{i\delta }&s_{23}c_{13}\\s_{12}s_{23}-c_{12}c_{23}s_{13}e^{i\delta }&-c_{12}s_{23}-s_{12}c_{23}s_{13}e^{i\delta }&c_{23}c_{13}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}e^{i\alpha _{1}/2}&0&0\\0&e^{i\alpha _{2}/2}&0\\0&0&1\end{bmatrix}},\end{aligned}}}
  

其中
  
    
      
        
          s
          
            12
          
        
        =
        sin
        ⁡
        
          θ
          
            12
          
        
      
    
    {\displaystyle s_{12}=\sin \theta _{12}}
  
，
  
    
      
        
          c
          
            12
          
        
        =
        cos
        ⁡
        
          θ
          
            12
          
        
      
    
    {\displaystyle c_{12}=\cos \theta _{12}}
  
，以此类推。 
假如中微子是一种马约拉纳粒子（目前还不清楚），所有相位因数α1和α2均为零，并且与不参与振荡现象。假如存在中微子双电子衰变，那么这些因数将会影响衰变的速度。另外一个相位因数δ只有在CP不守恒时才会有非零值。理论预言中微子会违反CP守恒，但实验上还未观察到此现象。假如实验证明这3×3矩阵不是对等矩阵，我们或许需要通过引入“惰性中微子”（sterile neutrons）或是其他新概念来解释试验的数据。


观测到的振荡参数值 sin2(2θ13) = 0.092±0.017
tan2(θ12) = 0.457+0.040−0.029. 这对应于 θ12 ≡ θsol = 34.06+1.16−0.84° ("sol" 代表太阳)
sin2(2θ23) > 0.92 在 90% 置信水平, 相应的 θ23 ≡ θatm = 45±7.1° ("atm" 代表大气)
Δm221 ≡ Δm2sol = 7.59+0.20−0.21×10−5 eV2
|Δm231| ≈ |Δm232| ≡ Δm2atm = 2.43+0.13−0.13×10−3 eV2
δ, α1, α2, 和 Δm232 的符號目前未知。


参考文献 相關條目 太陽微中子問題
MSW效應
馬約拉納子


链接 All neutrino data in one plot（页面存档备份，存于互联网档案馆）
Maury Goodman, "The Neutrino Oscillation Industry" (2005). (Provides links to many other neutrino oscillation websites.)