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1995年诺贝尔物理学奖——中微子和重轻子的发现1995年诺贝尔物理学奖的一半授予美国加州斯坦福大学的佩尔（Martin L.Perl，1927—），奖励他发现了τ轻子①，另一半授予美国加利福尼亚州欧文（Lrvine）加州大学的莱因斯（Frederick Reines，1918—），奖励他检测到了中微子。
佩尔和莱因斯是对轻子物理学作出重大贡献的两位美国物理学家。
这是继鲍威尔（1950年发现π介子），张伯伦与西格雷（1959年发现反质子），丁肇中与里克特（1976年发现J/ψ粒子），鲁比亚和范德米尔（1984年发现W±、z0粒子），莱德曼、施瓦茨和斯坦博格（1988年发现中微子有不同属性），夏帕克（1992年发明多丝正比室）等人之后，国际科学界又一次将诺贝尔物理学奖这一殊荣授予实验高能粒子物理学领域的科学家，人数占本世纪后半叶的总领奖人数的12％。
从这一统计数字可以看出，50年代以来，实验高能粒子物理学的成就非常突出，是物理学界引以为豪的领域之一。
提到中微子的发现，应该先讲讲几件先驱的贡献。
中微子的概念是1930年泡利首先提出的。
当时摆在物理学家面前的疑难问题中有一个涉及β衰变。
β衰变和α衰变及γ衰变不一样，放射性元素发出的β电子能量是连续分布的，不像α和γ射线具有明确的分立谱。
而原子核的能态差是确定的，显然β衰变的连续谱是一种反常现象，不符合能量守恒定律的要求。
是某种未知的过程在起作用，把能量带走了，还是能量守恒定律不适用于β衰变？在这个疑难问题面前，玻尔甚至都准备放弃能量守恒定律的普适性，他提出也许能量守恒定律只适用于统计性的过程。
泡利是一位思想极为活跃的理论家，他在一封给同行的公开信中提出：“原子核中可能存在一种自旋为1/2，服从不相容原理的电中性粒子”。
β衰变中失踪的能量也许就是这一察觉不到的中性粒子——中微子带走的。
费米支持泡利的设想，他在1934年正式提出β衰变理论，很好地解释了β能谱的连续性问题，不久这一理论得到了正电子衰变实验的肯定。
中微子—搜狗百科一些欧洲科学家在实验中发现，中微子速度超过光速。
如果实验结果经检验得以确认，阿尔伯特· 爱因斯坦提出的经典理论相对论将受到挑战。
光速约每秒30万公里，爱因斯坦的相对论认为没有任何物体的速度能够超过光速，这成为现代物理学的重要基础。
如果真的证实这种超光速现象，其意义十分重大，整个物理学理论体系或许会因之重建。
此结论：中微子要比光子快60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）【已被证实为实验失误，系电脑与全球定位系统（GPS）设备之间的光缆连接松动所致】意大利格兰萨索国家实验室“奥佩拉”项目研究人员使用一套装置，接收730公里外欧洲核子研究中心发射的中微子束，发现中微子比光子提前60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）到达，即每秒钟多“跑”6公里。
“我们感到震惊，”瑞士伯尔尼大学物理学家、“奥佩拉”项目发言人安东尼奥·伊拉蒂塔托说。
2011年9月22日英国《自然》杂志网站报道了这一发现。
研究人员定于23日向欧洲核子研究中心提交报告。
（据美国《科学》杂志网站报道，去年有关中微子比光跑得快的发现曾震惊科学界，但这个实验结果实际上是由于操作失误，电脑与全球定位系统（GPS）设备之间的光缆连接松动所致。
) 挑战经典相对论是现代物理学基础理论之一，认为任何物质在真空中的速度无法超过光速。
这一最新发现可能推翻爱因斯坦的经典理论。
欧洲核子研究中心理论物理学家约翰·埃利斯评价：“如果这一结果是事实，那的确非同凡响”。
法国物理学家皮埃尔·比内特吕告诉法国媒体，这是“革命性”发现，一旦获得证实，“广义相对论和狭义相对论都将打上问号”。
他没有参与这一项目，然而查阅过实验数据。
比内特吕说，这项实验中，中微子穿过各类物质，包括地壳，“这也许会减慢它们的速度，但绝不会增加它们的速度，让它们超过光速”。
有待检验这不是爱因斯坦的光速理论首次遭遇挑战。
2007年，美国费米国家实验室研究人员取得类似实验结果，但对实验的精确性存疑。
中微子的发现背景从运动学理论可以知道，当一个粒子衰变为两个粒子时，动量和动能守恒，末态粒子的能量应为确定值。
而1914年，查德威克在实验中发现β衰变中放出的电子的能谱为连续谱，这意味着电子有各种不同的能量。
这是什么原因呢？对查德威克发现的现象，梅特纳认为：原子发射的电子能量都具有观察到的最大值，最终观察到的是电子经过别的过程损失一定能量后的次级电子。
艾利斯(C.D.Ellis)和伍斯特(W.A.Wooster)设计了一个实验，运用一个量能器把所有产生的粒子收集起来，即使初级电子的能量被次级过程重新分配，也能从收集到的总能量算出每次β衰变放出的平均能量，它应当等于观察到的电子能谱极大值。
可是，1927年他们的实验结果表明，量能器得到的只是最后射出的电子能量，其平均值与连续谱相符，而看不到次级发射的其它能量。
由此可见并没有什么次级过程起作用的迹象。
面对这种困惑形势，玻尔对能量守恒理论提出了质疑。
玻尔的主张遭到激烈的反对，狄拉克表示：“我宁可不惜任何代价来保持能量的严格守恒。
”泡利也不同意玻尔的观点，1930年，他提出：β衰变中，可能存在一种电中性的粒子带走了电子一部分能量。
他把这一电中性的粒子称为中微子。
泡利的这一建议是很大胆的，因为这样的粒子是很难直接探测出来的，但这一假设可以使人们摆脱有关核结构理论及β衰变所遇到的困境。
1933年10月的索尔维会议对中微子概念的发展具有重大意义。
泡利在会上再次介绍了他对这个新粒子的看法。
尽管海森伯还持有怀疑态度，费米却对它做了肯定，并且已经认识到它与中子的区别。
那届索尔维会议后仅两个月，费米即在核的质子-中子模型的基础上，发表了有关β衰变的理论。
他用相对论量子力学描述费米子，又利用狄拉克辐射理论的产生与湮灭算符及遵从二次量子化的方法导出了寿命公式和β衰变的连续能谱公式，成功的完成了他的β衰变理论。
费米的β衰变理论，不仅圆满地解释了整个β衰变过程，澄清了有关β衰变的疑难，同时也确立了有关核结构的理论。
中微子的发现的过程及其在现代物理学中的意义(1)中微子的提出要追溯中微子发现的经过，还要从19世纪末20世纪初对放射性的研究谈起.当时科学家们发现，在量子世界中能量的吸收和发射是不连续的.不仅原子的光谱是不连续的，而且原子核中放出的阿尔法射线和伽马射线也是不连续的.这是由于原子核在不同能级间跃迁时释放的，是符合量子世界的规律的.奇怪的是，物质在β衰变过程中释放出的由电子组成的β射线的能谱却是连续的，而且电子只带走了它应该带走的能量的一部分，还有一部分能量失踪了.瑞士物理学家泡利在1931年最先假设有种新粒子“窃走了”能量.在1931年，泡利在美国物理学会的一场讨论会中提出，这种粒子不是原来就存在于原子核中，而是衰变产生的.1932年真正的中子被发现后，意大利物理学家费米将泡利的“中子”正名为“中微子”. 1933年意大利物理学家费米提出了β衰变的定量理论，指出自然界中除了已知的引力和电磁力以外，还有第三种相互作用——弱相互作用.β衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子.他的理论定量地描述了β射线能谱连续和β衰变半衰期的规律，β能谱连续之谜终于解开了.如果中微子有引力质量，那么根据Einstein 的质能方程，必须把能量E*的一部分用来产生中微子，这样留给电子的能量就比E*小.泡利推算出中微子是没有质量的观点是错误的，由于中微子的引力质量非常小，因此在埃利斯的实验中发现电子也偶尔确实会有能量为E*的情况.泡利的中微子假说和费米的β衰变理论虽然逐渐被人们接受，但终究还蒙上了一层迷雾：谁也没有见到中微子.就连泡利本人也曾说过，中微子是永远测不到的.(2)中微子的发现在泡利提出中微子假说的时候，我国物理学家王淦昌正在德国柏林大学读研究生，直到回国，他还一直关心着β衰变和检验中微子的实验.1941年王淦昌写了一篇题为《关于探测中微子的一个建议》的文章，发表在次年美国的《物理评论》杂志上.1942年6月，该刊发表了美国物理学家艾伦根据王淦昌方案作的实验结果，证实了中微子的存在，这是当年世界物理学界的一件大事.但当时的实验不是非常成功，直到1952年艾伦与罗德巴克合作，才第一次用成功地完成了实验，同一年，戴维斯也实现了王淦昌的建议，并最终证证明中微子不是几个而是一个.在电子俘获试验证实了中微子的存在以后，进一步的工作就是测量中微子与质量相互作用引起的反应，直接探测中微子.由于中子与物质相互作用极弱，这种实验是非常困难的.直到1956年，这项试验才由美国物理学家弗雷德里克·莱因斯完成.首先实验需要一个强中微子源，核反应堆就是合适的源.这是由于核燃料吸收中子后会发生裂变，分裂成碎片时又放出中子，从而使其再次裂变.裂变碎片大多是β放射性的，反应堆中有大量裂变碎片，因此它不仅是强大的中子源，也是一个强大的中微子源.因为中微子反应几率很小，要求用大量的靶核，莱因斯选用氢核（质子）作靶核，使用了两个装有氯化镉溶液的容器，夹在三个液体闪烁计数器中.这种闪烁液体是是一种在射线下能发出荧光的液体，每来一个射线就发出一次荧光.由于中微子与构成原子核的质子碰撞时发出的明显的频闪很有特异性，从而证实了中微子的存在.其检测机制是：1）核反应堆里的beta衰变会产生中微子和反中微子（泡利的假设）；2）一部分反中微子应该会被质子俘获而变成中子和正电子；3）正电子会碰到电子而湮灭，产生一对伽玛光子；4）中子会被镉核子俘获而产生光子（比正负电子对湮灭约晚几个微妙）.这样，这一理论机制应该意味着同时有三个光子的产生.所以，实验物理学家就用一种“符合电路”检测三个光子同时出现的事件.只要同时检测到了三个光子，就认为檢测到了反中微子.但是其中的每一步理论预言的反应是无法单独检测的.1978年，斯坦福大学物理学家马丁·佩尔和同事发现了τ轻子，在理论上这意味着τ中微子的存在，因为中微子是轻子的“前辈”.但是，由于τ中微子几乎没有质量，又不带电，且几乎不与周围物质相互作用，因而一直难寻踪迹.1982年，费米实验室的科学家用实验支持了τ中微子存在的假设.1989年，欧洲核子研究中心科学家证实τ中微子是标准模型中的第三个，也是最后一个轻中微子.1980年，前苏联的科学家曾对氚b能谱的测量推得中微子有静止质量.1998年6月，日本科学家经过一段时间的观测后，也证实了中微子具有静止质量.根据电子、放射性核和子核的旋转情况，泡利推算出中微子具有自旋，是左手征的.在量子力学中，场的能量集中在波包中，electric field的能量集中在光子中，因此引力场的能量应当集中在中微子中.光波是electromagnetic field（即电磁质量）的传播，机械波是中微子（即引力质量）的传播.它们具有共性.（3）现代物理学对于中微子的研究新华社东京2006年2月15日电（记者钱铮）日本、美国等8个国家的科学家15日正式启动“冰立方”计划，准备借助南极点附近的冰观测宇宙的高能基本粒子———中微子.共同社15日援引日本千叶大学副教授吉田滋的话说，“冰立方”计划将依靠4800个检测仪，观测中微子和冰撞击时所产生的微弱的光，目前安装完成的540个检测仪已经投入观测工作.目前，8个国家的科学家正在南极点附近的冰层垂直向下挖洞，最深达冰面以下2500米.他们将间隔17米设置的60个检测仪用电缆连接起来，并把电缆下放到冰洞中深1400米至2500米的位置.科学家们打算在六角形的广阔冰层上，以125米的间隔设置80个这样的冰洞.到2009年，科学家们计划在南极建成体积为1立方公里的中微子观测站———“冰立方”.它的体积将是目前世界最大的中微子观测装置———日本的“超级神冈”体积的2万倍，主要观测来自北极方向穿过地球的中微子. 据悉，“冰立方”计划将耗资约300亿日元（约合2．57亿美元），其中美国承担80％，剩下的20％由日本、英国、德国、比利时、荷兰、瑞典和新西兰7个参与国分担. 中微子是一种非常小的基本粒子，广泛存在于宇宙中.它可以自由穿过地球，不与任何物质发生作用，因而难以捕捉和探测，被称为宇宙间的“隐身人”.中微子研究是当前物理学研究的一大热点，美国科学家雷蒙德•戴维斯和日本科学家小柴昌俊因为在探测宇宙中微子方面取得的成就而获得2002年诺贝尔物理学奖.据新华社北京2006年6月8日电中国和美国科学家将联手在大亚湾核电站进行大规模的粒子物理实验.这项耗资近5000万美元的实验是中美两国迄今最大的基础科学研究合作项目.主持这个项目的中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长陈和生8日在接受新华社记者专访时说:“国际合作组将在大亚湾核电站附近设置3个探测器进行中微子测量.”他说:“我们将在2008年建成隧道，2009年安装探测器，2010年开始获取数据.”根据计划，中方将投入1.5亿元人民币(约合1870万美元)，负责基本建设和建造一半探测器；美方投入2500万至3000万美元，负责建造另一半探测器.陈和生说:“比较国际上目前进行的太阳、大气、反应堆和加速器这几类中微子实验，反应堆中微子实验最有可能获得突破性成果.”大亚湾与岭澳核电站群目前共有4个反应堆.大亚湾核电站紧邻高山，可以提供中微子实验必需的宇宙线屏蔽，这是一个巨大的优势.世界上其他可用于反应堆中微子实验的核电站附近都缺乏足够的岩石覆盖.陈和生说:“我们已完成大量深入研究和计算，并多次实地考察，提出利用大亚湾反应堆群精确测量中微子混合角θ13的设想.这是目前世界上精度最高的实验方案.”中微子探测器为半径2.6米、高5米的圆柱体，每个重约100吨，里面分隔成3层同心圆柱.3个探测器将分别放置在山腹内，最近的距核电站360米，最远的2000米.一条隧道从地面进入山腹，连接3个放置探测器的地下实验室.联合投资这个重要实验并将参加合作研究的机构包括美国的布鲁克黑文国家实验室、劳伦斯·伯克利国家实验室.陈和生说:“大亚湾反应堆中微子实验投入相对较少而物理意义重大，有可能获得重大创新成果，这是中国基础科学研究领域的一次重大机遇.”。
中微子的“超光速”欧洲核子研究中心2011年9月23日宣布，他们发现一些粒子可能以快于光速的速度飞行，一旦这一发现被验证为真，将颠覆支撑现代物理学的爱因斯坦相对论。
整个实验工作的第一步始于欧洲核子研究中心内部一个充满氢气的大罐子。
科学家们首先剥夺了氢原子的电子，使其成为一颗质子。
随后，这些质子被一系列加速器接力加速，最后进入大型强子对撞机（LHC）设备内部运行。
随后，一些质子被以10微秒的脉冲形式射向一个石墨靶标并产生一束介子脉冲。
这些介子很快衰变成中微子，并穿越地层抵达格兰萨索的探测器。
在这里，OPERA，即采用乳胶径迹装置的（中微子）振荡项目，所采用的乳胶寻迹设备可以感知中微子的抵达。
根据现有理论，在从欧核中心飞抵OPERA设备的数毫秒间，其中一部分中微子将发生振荡变形，从μ中微子变为τ中微子，而OPERA实验的“初衷”正是对这种中微子振荡进行研究，试图追寻到τ中微子的踪迹。
但出人意料的是，科学家们发现，中微子比光“跑”得快。
测量中微子速度的难点在于如何精确地测量距离和时间。
在该研究中，距离通过GPS（全球定位系统）测量得到，误差为20厘米；时间通过GPS和铯原子钟测量得到，精度是2.3纳秒（一秒的10亿分之一）。
中微子实际传播了732公里，“旅行”时间为0.0024秒，计算结果表明，中微子的速度是299798454米/秒，比真空中的光速299792458米/秒快5996米/秒。
这一结果震惊了欧核中心的科学家。
在仔细考虑了实验中其他各种因素的影响之后，他们认定，实验结果经得起检验，于是决定将其公开，恳请全球同行共同对实验结果进行验证。
其实，在科学史上，这并非科学家们首次观察到“中微子比光跑得快”这一现象。
此前，科学家们在1987年对SN1987A超新星进行的研究、费米实验室进行的MINOS（主注入式中微子振荡搜寻实验）等都表明，中微子似乎比光跑得快。
但因为诸多原因，没有引发如此大的反响。
SN1987A是科学家们于1987年发现的第一颗超新星，距离地球16.83万光年。
1988年诺贝尔物理学奖一一中微子的研究1988年诺贝尔物理学奖授予美国伊利诺斯州巴塔维亚(Batavia)费米国家加速器实验室的莱德曼(Leon M.Lederman,1922—)、美国加利福尼亚州蒙顿维(Mountain View)，数字通讯公司( DigitalPathways,lnc)的施瓦茨(Melvin Schwartz, 1932—)和瑞士日内瓦欧洲核子研究中心的斯坦博格 (Jack Steinberge, 1921 — ),以表彰他们在发展中微子束方法以及通过卩子中微子的发现显示轻子的二重态结构所作的贡献。
中微子的研究在粒子物理学中占有重要地位。
它原来是一个假设的粒子。
1931年，泡利从研究B衰变的能谱出发，提出了中微子的假设，当时几乎没有人能够想像，怎么去捕捉”这一神秘莫测的粒子”因为中微子是中性的，所以用于测量带电粒子的所有办法，对它都无效。
它与物质的相互作用又极弱，甚至可以穿过整个地球而不被任何物质吸收。
所以长时期以来，中微子只是在理论家的计算中出现，而实验上始终无法证实它的存在。
1934年，费米根据泡利的假设，提出了原子核中的中子衰变成质子，同时放出一个电子与中微子的B衰变理论。
费米的理论指出，原子核B衰变的相互作用，不同于电磁相互作用，是一种弱相互作用”费米的理论计算与实验结果符合得很好，间接地证明了中微子的存在。
即使如此，人们仍然不知道，如何真正地去测量它。
1952年戴维斯(Davis)按照早在1941年由我国科学家王淦昌所提出的建议，用K俘获法证明了中微子的存在。
1953年，在反应堆旁观测到了反中微子。
1956年，科昂(Cowan),莱因斯 (ReineS 等人，在实验上直接观察到中微子①。
1958年，哥德哈勃(Goldhaber) 等人，还精确地测出了中微子的螺旋性。
他们用的也是K俘获法。
用152En俘获一个K壳层的电子，变成152Sm的激发态，再放出一个中微子，成为152Sm。
中微子研究进程及未来实验研究中微子研究已有漫长的历史。
从泡利1930年提出存在中微子的假说，迄今已有85年。
从首次探测到中微子算起，也有60年历史。
因为中微子难以探测，起初发展较为缓慢。
下面由学术堂为大家整理出一篇题目为“中微子研究进程及未来实验研究”的物理史论文，供大家参考。
原标题：中微子研究的历史与未来中微子研究已有漫长的历史。
从泡利1930年提出存在中微子的假说，迄今已有85年。
从首次探测到中微子算起，也有60年历史。
因为中微子难以探测，起初发展较为缓慢。
1998年日本超级神冈实验发现中微子振荡，迎来了中微子研究的黄金时代。
各种研究蓬勃发展，美国甚至停掉了除大型强子对撞机以外的其他大型实验，将粒子物理研究的主要精力放在了中微子上。
本文将简要回顾中微子研究的历史，并介绍现在和未来的中微子实验研究。
一、发现中微子中微子最显着的特点就是几乎不与物质相互作用，因而穿透能力强，同时也使得探测非常困难。
我们身边的中微子其实非常多，例如一个典型的核反应堆每秒钟产生6万亿亿个中微子，每秒钟有3亿亿个太阳中微子穿过每个人的身体，宇宙大爆炸的残余中微子更是在整个宇宙空间内多达330个每立方厘米。
大多数核过程都会产生中微子，例如宇宙线轰击大气、岩石的天然放射性、超新星爆炸，等等，连每个人都会因体内的钾40衰变而每天产生4亿个中微子。
这些中微子几乎自由地穿行，本身不能被探测，只有极少的一部分会被探测器捕获，变成可观测的粒子，因此现代的大型中微子实验动辄上万吨。
以江门中微子实验为例，2万吨液体闪烁体每天只能探测到60个反应堆中微子，4个大气中微子，1个地球中微子，以及90个硼8太阳中微子。
与之相比，作为本底的宇宙线则有10万个，这还是将探测器放到地下700米，宇宙线流强降低了20万倍后的结果。
自从泡利预言中微子后，人们尝试了许多方法来寻找它，其中包括王淦昌1941年提出的K电子俘获方法，美国人阿伦用它得到了中微子存在的证据。
一些欧洲科学家在实验中发现，中微子速度超过光速。
如果实验结果经检验得以确认，阿尔伯特·爱因斯坦提出的经典理论相对论将受到挑战。
快60纳秒意大利格兰萨索国家实验室“奥佩拉”项目研究人员使用一套装置，接收730公里外欧洲核子研究中心发射的中微子束，发现中微子比光子提前60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）到达，即每秒钟多“跑”6公里.“我们感到震惊，”瑞士伯尔尼大学物理学家、“奥佩拉”项目发言人安东尼奥·伊拉蒂塔托说。
英国《自然》杂志网站22日报道这一发现。
研究人员定于23日向欧洲核子研究中心提交报告。
中微子是一种基本粒子，不带电，质量极小，几乎不与其他物质作用，在自然界广泛存在。
太阳内部核反应产生大量中微子，每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计。
挑战经典相对论是现代物理学基础理论之一，认为任何物质在真空中的速度无法超过光速。
这一最新发现可能推翻爱因斯坦的经典理论。
欧洲核子研究中心理论物理学家约翰·埃利斯评价：“如果这一结果是事实，那的确非同凡响。
”法国物理学家皮埃尔·比内特吕告诉法国媒体，这是“革命性”发现，一旦获得证实，“广义相对论和狭义相对论都将打上问号”。
他没有参与这一项目，然而查阅过实验数据。
比内特吕说，这项实验中，中微子穿过各类物质，包括地壳，“这也许会减慢它们的速度，但绝不会增加它们的速度，让它们超过光速”。
并非首次挑战精确性有待检验这不是爱因斯坦的光速理论首次遭遇挑战。
2007年，美国费米国家实验室研究人员取得类似实验结果，但对实验的精确性存疑。
“奥佩拉”项目发言人伊拉蒂塔托说：“我们对实验结果非常有信心。
”这一项目使用一套复杂的电子和照相装置，重1800吨，位于格兰萨索国家实验室地下1400米深处。
懒于思索，不愿意钻研和深入理解，自满或满足于微不足道的知识，都是智力贫乏的原因。
这种贫乏用一个词来称呼，就是"愚蠢"。
——高尔基图：虚线是中微子从CERN 到Gran Sasso传播途径‚难以发现的系统性错误‛？中微子超光速的消息引起学界震动，多数科学家对此发现表示怀疑，并认为欧洲核子研究中心的实验可能出现了计算错误。
历史上八个著名的中微子实验据国外媒体报道，2011年年底，意大利OPERA实验室的科学家公布了一个令人难以置信的发现：中微子的移动速度似乎超过光速。
这一发现违背了著名物理学家爱因斯坦的理论：光速不可超越。
今年二月，OPERA研究人员发现，实验设置中出现了一些小问题，才导致出现中微子速度快于光速的结果。
这项中微子实验让人一惊一乍，同时也表明科学未知领域的复杂性和神秘性，尤其是中微子领域。
纵观历史上所有的中微子实验，虽然取得了一些振奋人心的结果，但并没有得到能够真正挑战爱因斯坦相对论的实质性结果。
尽管实验结果仍然令科学家迷惑不解，但也帮助科学家对自然世界了解得更多，同时也解决了不少理论上的谜团和难题。
以下就是历史上著名的中微子实验：1、日本Super-Kamiokande中微子实验上图所示的是日本Super-Kamiokande中微子实验环境，研究人员正坐着一艘小船行驶于其中。
这个探测器由一个装满5万吨水的大容器和11000多根光倍增管组成。
中微子是组成自然界的最基本的粒子之一，极其微小，对于宇宙中的每一个质子或电子来说，可能都至少有10亿个中微子。
这种无处不在的粒子从宇宙大爆炸后几毫秒内就开始存在，在元素的放射性衰变中、恒星的核反应中以及超新星爆炸过程中都会产生新的中微子。
它们与物理学许多领域都存在紧密联系，所以科学家需要弄清楚，中微子究竟是如何工作的。
美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Lab)“迷你升能器中微子实验(MiniBooNE neutrino experiment)”项目发言人、物理学家比尔·路易斯介绍说，“它们是宇宙中的一种主要粒子，但我们至今对其知之甚少。
”中微子之所以难以理解，主要原因在于它们几乎不能与其它物质结合。
与常见的电子不同的是，中微子没有电磁电荷；它们质量非常轻，以致于科学家们长期以来一直认为它们根本没有质量。
中微子撞击到其他粒子时，会产生可观测到的变化，探测它们需要紧密监测一大容器物质(如水)。
加拿大萨德伯里中微子实验2、加拿大萨德伯里中微子实验看看你的指甲：每一秒大约有650亿个中微子通过你的指甲。
几乎所有的中微子都产生于太阳内部巨大的核反应堆中，中微子之中包含有太阳内部的重要信息，所以天文学家希望能够捕获这些中微子。
1964年，物理学家雷-戴维斯(Ray Davis)和天文学家约翰-巴卡尔(John Bacall)在美国南达科塔州的霍姆斯塔克矿中建立起一个实验环境用于发现这些中微子。
这种探测器需要建于深深的地下，是因为闯入地球大气层的宇宙射线可能会干扰实验结果。
在霍姆斯塔克实验环境建成并开始运行后，研究人员发现了一种奇特的现象。
根据他们的计算，太阳的中微子应该比他们实际探测到的三倍还要多。
因此，科学家们从头再来，试图寻找计算过程中的错误和漏洞，并更正估算结果。
但是，他们仍然无法发现自己错在哪里。
霍姆斯塔克实验运行了30多年，总是得出同样的结果。
天文学家怀疑自己的太阳模型可能是完全错误的。
这一问题一直持续到上世纪90年代中期。
这时，研究人员发现了中微子其实有三种不同的类型，β衰变过程中或太阳内部产生的中微子是电子中微子，而其他过程中产生的粒子则是缈子中微子与涛中微子，霍姆斯塔克实验中探测到的就是电子中微子。
在从太阳飞往地球的过程中，电子中微子会转变成其他类型。
因此，霍姆斯塔克实验就无法探测到其他两种中微子。
随着新探测器的出现，三种中微子都被探测到，那这种谜团就不再存在。
这一发现意义重大。
此前，一些科学家认为中微子没有质量，而不同类型中微子之间的转变需要粒子拥有质量。
2001年，加拿大萨德伯里中微子实验室探测到所有三种来自太阳的中微子。
发现中微子实验3、发现中微子实验本图所示内容为，美国物理学家克莱德-科万(Clyde Cowan)和弗里德里奇-雷恩斯(Frederick Reines)宣布发现中微子的电报。
1956年，研究中微子的物理学家们有了新的研究手段。
在中微子被假定存在的最初25年内，美国人在原子武器项目中建起了多个核反应堆。
许多研究人员认识到，这些核反应堆每秒每平方英寸(约6.45平方厘米)内辐射出300万亿个中微子，因此可以用来探测中微子。
尽管中微子很难与其他物质结合，但是也存在一种微弱的可能性，即存在足够多的物质，一个中微子应该可以撞击到某种事物。
在β衰变的反过程中，这种直接撞击可以产生伽马射线。
当时，物理学家克莱德-科万和弗里德里奇-雷恩斯研制一个探测器并置放到南卡罗来纳州萨瓦那河电厂附近，只要反应堆开启，他们的实验就有可能首次探测到中微子。
两位科学家用强大的核反应堆作实验，终于比较精确地获得了中微子存在的确凿证据。
虽然科万于1974年就已去世，但雷因斯却因此于1995年荣获诺贝尔奖。
β衰变4、β衰变美国伊利诺伊州西北大学的理论物理学家安德烈( Andre de Gouvêa)说：“中微子的发现有一个不寻常的历史。
”科学家们最早是在β衰变过程中开始关注这种微型粒子的。
20世纪初，研究人员注意到β衰变中的一些奇怪现象。
如果释放出来的粒子只有电子，那么β衰变这个过程似乎违背了能量守恒和动量守恒的物理学定律。
当时没有人知道为什么会出现这种现象。
然而，在每个新实验结果中，违背物理学定律的证据变得越来越有力。
20世纪30年代，物理学家沃尔夫冈-保罗(Wolfgang Pauli)开始怀疑，核衰变过程可能比此前认为的更复杂。
如果一个原子在β衰变过程中也辐射出其他事物，那么这些违背物理学定律的矛盾就迎刃而解了。
这种所谓的其他事物，应该就是中微子。
但是，如果中微子存在，它们必须非常轻，而且难以交互。
没有人看到过符合这种条件的粒子，也没有人想到较好的办法去发现它们。
在相当长一段时期内，科学家一直认为探测中微子是不可能的。
IMB探测器5、IMB探测器本图所示，一名潜水员在美国俄亥俄州的IMB探测器(the Irvine-Michigan-Brookhaven detector)中游泳。
这个探测器建造于上世纪80年代初，本来用于探测质子是否衰变，反而帮助科学家发现了大气中微子的振荡。
上世纪80年代，科学家被一个与中微子无关的问题所困扰。
一些理论家认为，被公认为稳定的粒子--质子应该可以衰变成更轻的亚原子粒子。
如果这一说法正确，那么这将是物理学家长期以来梦寐以求的结果，从而可以形成一个统一的理论，将电磁作用力、强作用力和弱作用力理论融合在一起。
如果质子会衰变，这将会对地球上的生命造成很大的麻烦，人体内的原子可能混乱地转变成其他元素。
因此，理论家认为，质子可能会衰变，但速度极为缓慢，时间表甚至比宇宙年龄的20个数量级还要长。
为了验证这一结论，科学家们在一个盛满水的大容器中监测质子的数量。
为了保证实验不受干扰，实验环境必须建设于地下。
闯入大气层的宇宙射线也可能会产生中微子，这些中微子可能会进入地下。
由于穿过探测器的中微子看起来非常像一个衰变的质子，因此研究人员需要弄清楚他们可能会看到多少中微子。
在测量过程中，科学家们发现了非常怪异的现象。
来自实验环境以上的中微子要远远多于下部抵达的中微子，比例大约是2：1。
历经10年的困扰，科学家们终于发现，中微子在飞行过程中，来自地底的中微子有时间转变成不同类型的中微子，由于实验设备只对一种中微子敏感，因此就错过了发生变异的其他中微子。
这一发现证明了中微子在长距离飞行过程中会发生性质的转变。
本来用于探测质子的实验，发现了中微子的重要特征。
相反，直到今天，仍然没有人能够发现质子衰变。
液体闪烁器中微子探测器实验6. 液体闪烁器中微子探测器实验本图所示，一位物理学家蹲在液体闪烁器中微子探测器中。
液体闪烁器中微子探测器(LSND)发现了电子反中微子，因此闻名于世。
1993年，科学家们在洛斯阿尔莫斯国家实验室中建造了液体闪烁器中微子探测器，他们的目的就是弄清楚中微子是否能够从一种类型转变成另一种类型。
对于这一怪异的发现，最好的解释就是新的物理学发现。
液体闪烁器中微子探测器的发现表明可能存在第四种或更多类型的中微子。
第四种中微子的存在将对现有的粒子物理学模型发起巨大的挑战，但它也可以用来解释某些未解谜团，如超新星爆炸的细节等。
不过，许多研究人员仍然对液体闪烁器中微子探测器的发现持怀疑态度，这一发现又成为中微子物理学中的一大谜团。
迷你升能器中微子实验7. 迷你升能器中微子实验本图所示场景为迷你升能器中微子探测器( MiniBooNE detector)的墙壁。
美国费米实验室科学家从2002年起开始启动新的探测实验--“迷你升能器中微子实验”，该实验的目的就是证实或否定液体闪烁器中微子探测器实验的发现成果。
他们最初的结果似乎证明液体闪烁器中微子探测器实验结果有误，但是进一步的实验数据发生了变化。
“迷你升能器中微子实验”项目发言人、物理学家比尔-路易斯介绍说，“现在看起来，迷你升能器中微子实验与液体闪烁器中微子探测器实验的结果是一致的。
”两大实验的结果表明，仍然存在许多怪异现象。
中微子科学家们需要建造更多的探测器和实验设施去解答这些谜团。
长基线中微子实验8、长基线中微子实验本图所示为长基线中微子实验示意图。
为了完全揭开中微子之谜，科学家们需要新一代的探测设备。
美国科学家希望能够获批建造长基线中微子实验设施，他们通过这一实验或将能够回答一个深奥的问题：宇宙为什么是由物质组成的，而不是反物质。
这一设施将产生世界上强度最高的中微子束，并将它从美国费米实验室发送到南达科塔州的霍姆斯塔克矿中。
尽管这一实验设施尚未正式获得批准建设，但该实验已吸引了400多名科学家参与。
(尚力)。
