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在浩瀚无垠的宇宙中，有一种幽灵般的粒子。它就如同神秘的隐身人，无处不在但又难以捉摸。这种神秘的粒子不但携带有遥远天体的丰富信息，而且还决定着宇宙的未来命运——这就是中微子。虽然我们已经对它有所了解，但依然知之甚少。
寻找了26年的幽灵
要追溯中微子的发现经过，就需要了解科学家在19世纪末20世纪初对放射性的研究。人们当时发现，物质在贝塔（β）衰变过程中释放出的由电子组成的贝塔射线的能量分布（能谱）是连续的，这与原子光谱以及原子核中放出的阿尔法（α）射线和伽马（γ）射线能量的不连续性完全不同。而且更奇怪的是，贝塔衰变释放出的电子只带走了反应中产生的一部分能量，还有一部分能量则不知所踪。
这一现象显然与原有的粒子理论不符合，当时的一些大科学家比如尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)因此怀疑是能量守恒定律出现了问题，但是，奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)却于1930年提出另一个假说，认为在贝塔衰变过程中，除了电子之外，同时还有一种静止质量为零、与光子有所不同的不带电的新粒子也同时放射出去，并带走了另一部分能量。他认为这种粒子与物质的相互作用极弱，以至仪器很难探测得到，因此将这种粒子命名为“中子”。泡利最初以为这种粒子原来存在于原子核中，但在1931年的一场讨论会中他提出，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，意大利物理学家恩里科·费米(Enrico Fermi)将泡利的“中子”正名为“中微子”。
1933年，费米利用中微子概念提出了贝塔衰变理论，指出自然界中除了已知的万有引力和电磁力以外，还存在第三种相互作用——弱相互作用力。贝塔衰变就是原子核内一个中子通过弱相互作用力衰变成一个电子、一个质子和一个中微子的过程。费米成功地描述了贝塔射线能谱连续和贝塔衰变半衰期的规律，贝塔射线能谱之谜终于解开了。
中微子假说和贝塔衰变理论虽然逐渐被人们接受，但终究还蒙有一层迷雾：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。1941年，中国物理学家王淦昌提出了一种间接探测中微子的实验方案。1942年，美国物理学家阿伦(J.S.Allen)根据王淦昌的方案做出了证实中微子确实存在的实验结果。但当时的实验不是非常成功，直到1952年，阿伦与罗德巴克(G.W.Rodeback)合作，才第一次成功地完成了实验，同一年，戴维斯也实现了王淦昌的方案。
在证实中微子的存在以后，进一步的工作就是测量中微子与其他粒子的相互作用，直接探测中微子。由于中微子与物质相互作用极弱，这种实验是非常困难的。直到1956年，这项实验才终于由美国物理学家弗雷德里克·莱因斯(Frederick Reines)与克莱德·柯温(Clyde Cowan)合作完成。他们利用核反应堆做中微子源，选用氢核（质子）做靶核，将两个装有氯化镉溶液的容器夹在三个液体闪烁计数器中。这种液体在射线下能发出蓝色荧光，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。此时距泡利首次提出中微子假说整整过去了26年。莱因斯因此与发现陶子(τ)的美国物理学家马丁·珀尔(Martin Perl)分享1995年诺贝尔物理学奖。但遗憾的是，获奖者中没有柯温——他已去世多年了。
宇宙中的过客
根据现代科学理论，我们的宇宙是在大约150亿年前的一次大爆炸中诞生的，大爆炸以前和大爆炸最初10[-43]秒以内，宇宙是什么样我们还无从知晓。我们只知道大爆炸后10[-43]秒时，宇宙的密度高达每立方米100亿亿亿亿亿亿(10[51])公斤，温度是1亿亿亿亿(10[32])摄氏度。当时世界上的物质是我们还不清楚的粒子。随后，宇宙中出现了大批我们今天所认识的“粒子”，这其中就有中微子。由于它们不带电，质量极小（从前认为等于零，现在看来有点问题），与其他粒子的相互作用极弱，所以长期在太空遨游。还有另外一些粒子，由于它们的相互作用较强，随着宇宙温度的变冷而逐渐凝结成原子、分子，凝聚成星球。大约50亿年前，太阳和太阳系形成了，其中也包括地球。在微观世界中，中微子一直是一个无所不在而又不可捉摸的过客。这种粒子在宇宙中的数量多如牛毛——平均每秒钟就有1万亿(10[12])个中微子穿过一个人的身体，但由于它实在太“懒”，极难与其他粒子发生反应，所以具有超乎寻常的穿透力。通常的说法是它可以穿过100光年厚的铅块而不受影响。平均而言，每年只有一个中微子同我们身体的一个原子发生相互作用。
虽然中微子还是有一定的几率与其他物质发生反应的，但这个几率微乎其微——1000吨超纯重水每天不过和10个中微子发生反应而已。因此，在20世纪50年代，大部分科学家都认为，探测太阳中微子几乎是不可能的，而戴维斯却是那个年代惟一一位敢于探测太阳中微子的科学家。
为了捕捉中微子，戴维斯领导研制了一个巨大的新型探测器，它的主体是一个注满615吨四氯乙烯液体的巨桶，并被放在美国胡姆斯塔克(Homestake)金矿1500米深的废弃矿井中。这个探测装置如此之大，是为了尽量增加与中微子发生反应的可能性；而将它隐藏到如此深处，是因为这里除去穿透力超乎寻常的中微子以外，宇宙中的其他辐射都被过滤掉了，否则极少量的中微子信号将淹没在其他宇宙射线的干扰之中。在这以后建造的中微子探测器同样也遵循这个原则。
新学科的诞生
在戴维斯几十年如一日努力工作时，东方的科学家也将目光投向神秘微子。在日本的神冈，小柴昌俊领导了另一台大型中微子探测器。
小柴昌俊的探测器在原理上与戴的探测器有一定区别，它用水而不是俘获中微子。原来，中微子也有可能中的氢原子核发生反应，产生一个电这个电子可引起微弱的闪光，探测这弱的闪光就可证实中微子的存在。小柴昌俊证明了戴维斯的实验结果，而且更精确地探测到来自太阳的中微子的流量大约只有理论值的一半，而更重要的是，它还捕捉到了来自远方超新星爆发产生的中微子。
关乎宇宙的命运
自泡利提出中微子假说到现在已经过去70多年了，但中微子始终是萦绕在科学家头脑中的难题，而且对中微子的研究很可能还是“新物理学的突破口之一”。首先，引发“太阳中微子亏损”的原因很显然有下面的可能性：我们的太阳活动模型错了，也许太阳核心的温度产不像估计的那么高，所以算出来的理论预期值就是错的；或者有一些太阳中微子在旅行途中“变味”了，成了别种类型的中微子，科学家将此称为“中微子振荡”。
现在已经知道，中微子实际上有三种类型，即电子中微子、缪子(μ)中微子和陶子(τ)中微子，我们不妨将其理解成三种“味道”：电子味、缪味和陶味。由于太阳产生的中微子主要是电子味的，而过去的观察仪器只能探测电子味的中微子，所以引发了“太阳中微子亏损”问题。但根据现代物理学的所谓“标准模型”，中微子没有静止质量，而不同味道的中微子要相互转化，也就是发生振荡，就必须具有静止质量。也就是说，如果是这种情况，标准模型就不大标准，需要修正了。
1998年6月，日本科学家宣布，超级神冈(Superkamiokade)中微子探测装置掌握了足够的实验证据说明中微子具有静止质量，这一发现引起广泛关注。来自24个国家的350多名高能物理学家云集日本，希望亲眼目睹实验过程。因为这一点如果被证实，那么现有的理论物理体系将受到巨大冲击。
2001年6月，美国和加拿大科学家宣布，位于加拿大安大略省萨德伯里的一个镍矿中的“萨德伯里中微子观测站”(SNO)的测量结果表明，太阳释放出的电子中微子在旅途中的确有一部分转变成了其他类型的中微子。如果考虑到这一因素的话，实验值与太阳模型是很吻合的，所以太阳模型暂可不必修改，而基本粒子标准模型就大有问题，“需要新的物理学来把新的实验结果融合进去。”事实上，科学家对中微子是否有质量如此关注的原因，还在于这个问题牵扯到我们的宇宙命运将会怎样。
目前大多数科学家都认为，我们的宇宙起源于150亿年前的一次大爆炸，在此以后它就在不断膨胀着。那么将来的宇宙是不断膨胀下去，还是膨胀到一定程度后在自身引力作用下发生收缩呢？这两种命运完全取决于宇宙的总质量。如果总质量小于某个临界值，宇宙自身的引力就不足够大，前者将会发生；反之后者将会发生。
如果中微子的静止质量不为零，虽然单个中微子的质量微不足道，但由于它的数量在宇宙中极其巨大（平均每立方厘米有300个，密度与光子相仿，比其他所有粒子要多出数十亿倍），因此必将影响到宇宙如何演化的问题。由于中微子静止质量的介入，宇宙质量密度将大到足以超过临界密度，使今天正在膨胀的宇宙在将来某个时刻停止膨胀，转而成为收缩的宇宙，最终塌缩成奇点。
未完的故事
中微子是一门与粒子物理、核物理以及天体物理的基本问题息息相关的新兴分支科学，人类已经认识了中微子的许多性质，但是仍有许多谜团尚未解开。虽然中微子的静止质量不为零已经基本上被实验证实了，但存在的问题依然很多。
中微子也是将微观世界与宇观世界联系起来的重要环节。对中微子的研究不仅在高能物理和天体物理中具有重要意义，在我们的日常生活中也有现实意义。中微子本身也有可能在21世纪得到应用。
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