三、中微子发现之旅
中微子的研究在粒子物理学中占有重要地位。中微子一开始就是一个假设存在的粒子，1931年，天才物理学家泡利从研究 β 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象，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之无效。它与物质的相互作用极弱，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，中微子只是在理论计算中出现，而实际上根本无法证实它的存在。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，同时放出一个电子和中微子的 β 衰变理论。费米的理论指出，原子核 β 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。但即使如此，人们仍然不知道，如何真正地去测量它。
值得一提的是，1941年，我国科学家王淦昌提出，可以用K俘获法证明中微子的存在。于是在1952年，戴维斯按照此方案进行实验，观测到了中微子。1953年，科学家在反应堆旁观测到了反中微子。1956年，科万、莱因斯等人在实验中直接观测到了中微子。1958年，哥德哈勃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，即用 152 Eu俘获一个K壳层的电子，变成 152 Sm的激发态，再放出一个中微子，成为 152 Sm。经过仔细分析，他们第一次确定，中微子的螺旋性是-1，反中微子的螺旋性是+1。在这之前，还有两种常用的方法：一种是所谓的 β 能谱法，让量能器测量 β 衰变时的能量谱，由于电子只带走了衰变前后原子核能量差的一部分，其余部分的能量则由中微子带走。这是最早的中微子实验，可以定性地、间接地证实中微子的存在。另一种是原子核反冲法。由于原子核在 β 衰变发射电子的同时，原子核本身还要受到一个反作用力，使原子核本身获得一个反冲速度。因此，只要测出了发射电子与反冲核的动量，根据动量守恒，就可以确认中微子的存在。
到了1962年，对中微子的研究进入了一个革命性的崭新阶段。哥伦比亚大学的莱德曼、施瓦茨、斯坦博格等人想到可以用加速器来产生中微子。他们在纽约长岛的布鲁克海文国家实验室里，用15GeV的质子束打击铍靶，从而产生π介子束流。π介子在飞行中衰变，产生μ子，同时放出一个中微子。他们让束流通过很大质量的铁，以致大部分的μ子都被吸收了，而中微子却可以畅通无阻地穿过，从而获取了相当纯的中微子束流。然后，他们将中微子束流注入火花室，观察到所产生的新μ子。
实验结果令人非常振奋。科学家通过实验观察后发现，中微子至少有两种：一种是电子型，另一种是 μ 子型。这样一来，神秘的中微子不仅被探测到了，科学家还发现了具有分别与电子与μ子相关的两种属性。这一杰出的发现，为不久以后中性流的发现与弱电统一理论的建立奠定了基础。在这以后的1963年，欧洲核子研究中心（CERN）用充满液态氟利昂的泡室证实了这一发现。
时至今日，人们已经确信，轻子至少有六种，即电子与电子型中微子，μ子与μ子型中微子，τ子与τ子型中微子，以及它们的反粒子，总共十二个，并可分为三代，而且这六种轻子和六种夸克之间，也有一一对应的关系，它们的内部结构也存在一定的联系。1995年，第六种夸克——t夸克（或称顶夸克）也被实验发现。“中微子之谜”的假设与实验捕获，是一代代物理学家孜孜不倦研究的结果，也是科学天才的想象力与创造性的结晶。
值得一提的另一位诺贝尔物理学奖得主斯坦博格，他一直在欧洲核子研究中心（CERN）工作，由他领导的CDHS实验组，拥有世界上最大的中微子探测器，总长达20米，直径达3.75米，总重量达1400吨，由21个模块组成，每个模块包括复杂的量能器、磁场、漂移室等设施。这个实验组第一个著名的成果，就是否定了鲁比亚的“高Y反常”现象。
“高Y反常”现象就是在20世纪70年代中期，鲁比亚领导的一个实验组在费米实验室宣布的一个现象，即反中微子与核子相撞时所产生的低能μ子具有反常的Y值，大大偏离了标准模型的理论预计。要解释这个现象，需要有全新类型的夸克，且不像已经设想存在的第四、第五种的夸克。如果鲁比亚的“高Y反常”是对的，就说明了标准模型有可能不对。斯坦博格的CDHS组对“高Y反常”问题进行了仔细的验证，否定了鲁比亚的实验结果，证明了标准模型还是对的。他这种一丝不苟的工作作风，在高能物理学界获得了一致好评，也成就了“猜想与假设”思维与实验论证相融合的一段佳话。
