意大利物理學家馬約拉納的神秘失蹤 讓中微子更加神秘的存在
1937年4月，即距今整整80年前的春天，31歲的意大利天才物理學家埃托雷·馬約拉納(Ettore Majorana)在本國的 Nuovo Cimento期刊上發表了他的最後一篇學術論文，題目是 Teoria simmetrica dell』elettrone e del positrone(英文翻譯：Theoryof the symmetry of electrons and positrons，即「一個關於正反電子對稱性的理論」)。
在這篇讓後人追捧至今的文章中，馬約拉納指出了一種新型的物質粒子：馬約拉納型費米子，即反粒子就是其自身的費米子。他的具體表述如下(英文翻譯來自意大利著名物理學家Luciano Maiani。)：
「…there is now no need toassume the existence of antineutron or antineutrinos. The latter particles areindeed introduced in the theory of positive beta-ray emission; the theory,however, can be obviously modified so that the beta-emission, both positive andnegative, is always accompanied by the emission of a neutrino.」
「…現在沒有必要假設反中子或者反中微子的存在。後者其實是在正貝塔射線的放射理論中被提出來的。不過很顯然，可以修改這一理論，使得正反貝塔射線的放射過程總是伴隨著中微子的射出。」
上圖顯示的是目前已知的基本粒子，其中夸克和輕子屬於費米子，自旋量子數等於1/2;而希格斯粒子和力的傳播子則屬於玻色子，相應的自旋量子數分別為整數0和1
換句話說，中微子的反粒子可以是它自己，因此用來區分正反電子和正反中微子的「輕子數」(lepton number)不再是守恆量，即無法再定義中微子的輕子數等於+1而反中微子的輕子數等於-1。這是馬約拉納型中微子與狄拉克(Dirac)型中微子的本質區別，因為後者的反粒子是不同的、攜帶相反輕子數的粒子。對於諸如光子或者pion介子這樣的玻色子而言，它的反粒子就等於它自身。但是除了中微子外，其他基本的費米子(如夸克和電子)都攜帶電荷，因此它們與它們的反粒子是兩類不同的粒子，無法等價。只有電中性的中微子在不違背電荷守恆的前提下有可能與它的反粒子完全不可區分，而這一點正是馬約拉納中微子的特性。果真如此的話，如何通過實驗來證實中微子的馬約拉納屬性呢?
限於目前的實驗技術，最有可能確認中微子的馬約拉納性質的輕子數不守恆過程是某些原子核的所謂「無中微子雙貝塔衰變」(neutrinoless double-betadecay，簡記為 衰變)過程，例如近年來被研究得較多的和衰變。這類過程是美國物理學家Wendell Furry在1939年率先提出來的。正如著名物理學家MariaGoeppert Mayer在1935年所指出的那樣，一個原子核的「雙貝塔衰變」過程(簡記為)相當於該原子核內部的兩個中子分別發生了「單貝塔衰變」過程，結果不僅產生了兩個質子和兩個電子，還放射出兩個電子型反中微子。但兩個質子可以屬於另一個稍輕的原子核，於是整個過程就表現為一個原子核轉化成另一個原子核，再加上兩個電子和兩個反中微子，例如。但倘若中微子是馬約拉納粒子，那麼末態就可能不再出現反中微子或者中微子，因為此時馬約拉納中微子可以作為虛粒子在兩個「單貝塔衰變」過程之間相互交換，即可能發生輕子數不守恆的衰變。
與過程的連續能譜相比，理論上衰變的可觀測信號是末態兩個電子的能量譜線呈現出單一的峰值(下圖所示的能譜並非單值，原因在於已經假設了實際測量數據的統計誤差)。在實驗中確定這樣的稀有信號是極其困難的，這也是為什麼多年來國際上多個實驗組一直未能觀測到令人信服的過程的原因之一。當然，這類過程也不可避免地受到有效的馬約拉納中微子質量項的壓低，因此觀測到這樣的輕子數不守恆現象不僅能夠證實中微子的馬約拉納屬性，還可以限制中微子的質量。目前歐洲的GERDA實驗、日本的KamLAND-Zen實驗和美國的EXO-200實驗代表了實驗的最好水平，其對馬約拉納中微子質量項的限制精度達到了一百毫電子伏左右。下一代的實驗將有希望把精度推進到幾十毫電子伏。一旦中微子的馬約拉納性質被確定，那將是粒子物理學的一項重大突破。
令人遺憾的是，馬約拉納在發展了如今以他的名字命名的新費米子理論之後僅一年就神秘地失蹤了。目前可以確認的記載是他購買了1938年3月25日從意大利西西里島的巴勒莫前往那不勒斯的船票，而在這之前他從銀行提走了自己所有的存款。但他卻在那一天從人間蒸發，沒有人知道他的行蹤和下落。他的親友、同事和後來的史學家猜測了如下幾種可能性：
1)自殺;
2)逃往阿根廷，並在那裡隱姓埋名地生活了二十幾年;
3)遁入空門;
4)遭到綁架或殺害，以阻止他加入製造原子彈的項目;
5)淪為乞丐…
總之，馬約拉納的神秘失蹤成了科學史上的一宗懸案，至今仍然困擾著很多人，而且不斷有人宣稱找到了他生或死的新證據，但似乎都不足為憑。
馬約拉納失蹤後不久，他的導師恩裡科·費米(Enrico Fermi)以一個大物理學家的獨特眼光對自己的學生的智商和情商作了如下評價：
「…There are various kind of scientists in the world. The second-and third-rate ones do their best but do not get very far. There are alsofirst-rate people who make very important discoveries which are of capitalimportance for the development of the science. Then there are genius likeGalileo and Newton. Ettore Majorana was one of these. Majorana had greatergifts than anyone else in the world; unfortunately he lacked one quality whichother men generally have: plain common sense」
「…世上有各種各樣的科學家。第二流和第三流的科學家竭盡全力，卻無法走得很遠。對科學的發展做出首要貢獻的人是那些第一流的科學家。天才人物包括伽利略和牛頓，埃托雷·馬約拉納也是其中之一。馬約拉納比世人有更高的天分，但不幸的是他缺乏人人都具備的一種素質：樸素的常識。」
也許費米說得對，每一位天才都有讓俗人無法理解的情懷。但無論如何，馬約拉納的傳奇命運讓神秘的中微子顯得更加神秘。很多理論物理學家推測，幽靈一般的暗物質粒子或許也具有馬約拉納屬性。果真如此的話，物質世界似乎處處存在著揮之不去的、來自馬約拉納的神秘氣息。