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。但直到1956年，才由莱因斯（F. Reines）和柯温（C.Cowan）首次直接探测到中微子，莱因斯因此获得了1995年的诺贝尔奖。
莱因斯是一名理论物理学家，他加入了曼哈顿项目，在费曼（R. Feynman）和提出太阳内部氢核聚变机制的贝特（H. Bethe）领导下，为洛斯阿拉莫斯实验室的理论组工作。莱因斯曾回忆说，他的理论物理思维方式在发现中微子的过程中至关重要，“因为一个靠谱的实验家会认为根本没有成功的可能。”
最初他和柯温的想法是在原子弹试验时，在靠近核爆中心的地下放一个探测器。核爆瞬间产生大量中微子，也许他们能抓到几个。后来在别人的劝说下放弃了这个疯狂的想法，改用更温和稳定的核反应堆。他们的第一个实验在汉福特反应堆进行，采用了300升液体闪烁体，这是当时最大的探测器。此前的物理实验很少采用1升以上的液体闪烁体。核武器试验产生了大科学工程的雏形，使他们敢于考虑“大规模”的实验。反应堆中微子在探测器中发生反贝塔衰变反应，产生正电子和中子，短时间内在液体闪烁体中先后形成两个信号，这种特征能极大地压低天然放射性本底。现代的反应堆实验，如大亚湾和江门中微子实验，依然沿用了这种原理。不过由于宇宙线本底没有屏蔽好，汉福特实验的结论并不清晰，1953年他们发表论文说“可能”探测到了中微子。
汲取经验教训后，他们来到了更大的萨瓦纳河反应堆旁，在距反应堆11米、位于地下12米的地方，采用了更大的探测器，包括400千克氯化镉水溶液和4200升液体闪烁体。这次他们确凿无疑地找到了中微子。即便如此，由于探测中微子的困难性，贝特听到他们成功的消息后依然将信将疑，说“我们不能论文上写的什么东西都信”.也确实如此，莱因斯和柯温测得的反应截面与当时的理论符合很好，不幸的是，同年李政道和杨振宁提出宇称不守恒，导致中微子反应的理论截面增大了一倍。他们重新分析了数据，又与新理论符合得很好，在同行中引起了非议。也许因为这个原因，如此重要的工作过了39年才被授予诺贝尔奖。
相较于首次发现中微子的曲折和扑朔迷离，发现第二种中微子的过程看上去要简单一些。1962年莱德曼（L. Lederman）、施瓦茨（M. Schwartz）和斯坦伯格（J. Steinberger）利用布鲁克海文实验室的15Ge V质子加速器AGS,建立了世界上第一条中微子束流。质子束流打击铍靶，产生了大量π介子，π介子再衰变，变成一个缪子和一个中微子。由于质子能量很高，所有这些次级粒子都沿原初质子的方向前冲，但只有中微子才能穿透13.5米厚的钢屏蔽层，到达10吨重的火花室探测器。中微子在探测器中发生核反应，生成带电轻子，从而被探测到。加速器产生的中微子数远不如核反应堆多，但能量要高几百倍，而中微子发生反应的截面大致正比于其能量，再加上加速器容易控制，因此比较干净地探测到了中微子。他们发现中微子束流在探测器中只能产生缪子，而不能产生电子，说明这是一种新的中微子，缪子与缪中微子、电子与电子中微子之间分别存在轻子数守恒。他们因此获得了1988年的诺贝尔奖。
1989年，欧洲核子研究中心通过Z0衰变截面的测量，证明存在且只存在3种中微子。最后一种中微子--陶中微子直到2000年才被美国费米实验室的DONUT实验发现。陶中微子的产生与探测都更加困难。质子由当时最强大的加速器Tevatron加速到800Ge V,打在一大块钨上，产生粲介子Ds,它的衰变可以产生一个陶轻子和一个陶反中微子。陶轻子再衰变成陶中微子，穿过36米的屏蔽层到达探测器。同样，也只有中微子才能穿透屏蔽层。陶中微子在探测器中发生核反应，生成陶轻子，从而被探测到。陶轻子的寿命非常短，因此不像缪子和电子能在探测器中形成长的径迹，而是只有1毫米。为了探测它，DONUT不得不采用了一种古老的技术--核乳胶，其主要成分就是传统相机胶卷上的显影成份溴化银。陶轻子衰变成缪子或电子，我们会在探测器中看到，在1毫米的径迹后，紧跟着一条转折后的长径迹。这个留在核乳胶上的“转折”是陶轻子的关键特征。DONUT共观察到4个这样的事例，预期本底只有0.2个，因此确凿地发现了陶中微子。
