中微子究竟如何探测？

中微子究竟如何探测？

中微子并不是不与任何东西发生反应。在四种相互作用中，中微子会参与的弱相互作用和万有引力。中微子探测所利用的就是中微子所参与的弱相互作用。

中微子可以跟原子核发生如下反应：

其中下标 可以是 三种带非零电荷的轻子（lepton） 中任何一种， 是与轻子 相应的中微子， 和 是两种原子核。

反应产生的轻子由于速度很大，因此在介质中会出现切伦科夫辐射（Cherenkov radiation），我们正是利用这些辐射来探测中微子。

从上面的内容可以很容易地看出中微子探测器（有时候也称为中微子望远镜，neutrino telescope）需要满足的几个条件如下：

我来补充一下上面的回答，μ中微子可以和水中的中子反应产生μ子，

。

以及μ中微子的电子散射，

当年的 Super Kamiokande 实验就是通过这一反应来测量大气中微子里μ中微子震荡的。

上面答案说得一点都没错，这个反应概率非常低。怎么对比才能知道它有多低呢？比如 Super Kamiokande，是一个超大的纯水探测器，50000吨纯水，11000+个光电倍增管，探测器33米深，直径33米高。跟一个教学楼差不多大。

这个探测器的太阳中微子的通量应该超过 ，但Super-K每天总共才能检测到几十个。

其实中微子实验已经有六十年的历史了。中微子不能被直接检测，但是我们可以检测它的反应产物，这些反应产物都是有能量和时间特征的。同时，现在的实验还可以通过中微子震荡率来寻找新的中微子。所以中微子并不是不能检测的。

《环球科学》11 月号的封面文章是《中微子：突破标准模型》，如今，标准模型是目前人类描述基本粒子的一种最佳理论模型，但是几乎所有的科学家都认为这个模型一点儿也不优美，它肯定是另外一种优美的理论模型的近似而已。物理学差不多已经有 100 年没有革命性的进展了，科学家们都在渴望着下一场物理学革命。在欧洲，全世界最大的粒子加速器屹立在日内瓦，欧洲核子研究中心的几千名科学家都把这场革命的宝压在了希格斯粒子上。

而在美国，一项耗资 15 亿美金的超级工程正在全力推进，这就是深地中微子实验，简称为 DUNE，计划 2020 后开始收集数据，到时候将有 1000 多名来自全世界的科学家共同完成这个星球上最大的中微子实验，他们把下一场物理学革命的宝压在了中微子上。

中微子到底是个什么鬼？为什么说它有望带来下一场物理学革命呢？

让我们先回到激动人心的二十世纪上半叶。

那是一个科学大革命的时代。爱因斯坦几乎凭借一己之力撑起了相对论的半壁江山。量子力学的天空更是群星璀璨，包括玻尔、波恩、薛定谔这些宗师大腕儿以及泡利、海森堡、狄拉克等等一大群「物理学男孩」。相对论和量子力学的横空出世，唤起了科学革命情结。

爱因斯坦的相对论推翻了牛顿的绝对时空观。普朗克的量子假设推翻了能量均分原理。也就是说两场革命都建立在推翻了过去的基本公理的基础之上。 所以那个时代的科学家，在研究遇到一系列困难的时候，往往倾向于再掀起一场革命，或者对着某个基本公理开刀。 作为量子论中军主将的玻尔，时不时就犯这个毛病。

1924 年，玻尔拉着克喇摩斯和斯莱特三个人联合发表了一篇论文，提出了所谓的 BKS 理论，以三人的首字母命名。玻尔提出，放弃基元过程中的能量动量守恒，而将之弱化为一个统计性的定律或许就能将刚刚建立不久的光量子假设给扔掉，让物理学回归经典。不过当时他们并没有给出该理论的定量计算，只有定性描述，因此，准确地说也只能算一个研究计划，还不能称其为理论。一再地告诉大家，科学理论与哲学观点的最大区别在于，科学需要定性定量，而哲学只有定性没有定量。

“中微子不与任何东西发生反应”并不是这样，确切的说是只参与弱相互作用。

中微子与其他粒子作用产生带电的电子或mu子，它们产生契伦科夫辐射然后被探测到。

也有其他类型的探测方法。

参见：

知道日本的超级神冈探测器吗？日本靠这个仪器拿了几个诺贝尔奖呢。探测器里装了3000吨纯水，然后在周围装了1000个光电倍增管来观察契伦科夫辐射，即使是这样，观察到的次数也是非常的稀少。

或许可以从这本书里找到答案。

《从地底发现宇宙》作者是超级神冈负责人，本书描写了神冈的研究生活。

一个探测质子衰变的试验，怎么就观测到超新星爆炸了？

由于神冈的试验发现，诞生了两个诺贝尔物理学奖。

本书同时讲述了高能物理学发展史，内容完整，可读性强，推荐！

不是中微子不与其他物质发生反应，而是概率太低。

先占个沙发……

大型强子对撞机(LHC)刚刚完成了粒子物理学的一个重大里程碑。

第一次，候选中微子不仅在大型强子对撞机中被探测到，而且在任何粒子对撞机中也被探测到。

用中微子子探测器FASERnu探测到的6个中微子相互作用，不仅证明了这项技术的可行性，而且为研究这些神秘粒子，尤其是高能量粒子，开辟了一条新的途径。

“在这个项目之前，在粒子对撞机中还没有发现中微子的迹象，”加州大学欧文分校的物理学家乔纳森·冯说，他是FASER合作项目的共同领导人。

“这一重大突破是朝着深入了解这些难以捉摸的粒子及其在宇宙中扮演的角色迈出的一步。”

中微子实际上无处不在。它们是宇宙中数量最多的亚原子粒子之一;但它们不带电荷，质量几乎为零，所以，尽管它们以近乎光速的速度在宇宙中穿梭，但它们几乎不与宇宙发生任何相互作用。现在有数十亿的东西在你体内流动。对于中微子来说，宇宙的其余部分基本上是无形的;这就是为什么它们也被称为“幽灵粒子”。

虽然它们很少相互作用，但这并不等于从不。例如，南极洲的IceCube、日本的Super-Kamiokande和伊利诺斯州费米实验室的MiniBooNE等探测器使用灵敏的光电探测器阵列，用来捕捉在完全黑暗的环境中中微子与其他粒子相互作用时产生的光簇。

但很长一段时间以来，科学家们也想研究粒子对撞机产生的中微子。这是因为对撞机产生的中微子主要来自于强子的衰变，它们产生的能量非常高，但还没有得到很好的研究。探测对撞机中微子提供了在其他地方很少看到的中微子能量和类型。

FASERnu是一种乳液检测器。铅板、钨板和乳化液层交替进行:在LHC的粒子实验中，中微子可以与铅板和钨板上的原子核碰撞，产生的粒子在乳化液层上留下痕迹，有点像电离辐射在云室中留下痕迹。

这些底片需要像照相胶片一样冲洗。然后，物理学家可以分析粒子轨迹，找出是什么产生了它们;它是否是中微子，以及中微子的“味道”或类型是什么。中微子有三种口味——电子、介子和中微子——以及它们的反中微子对应物。

在2018年进行的FASERnu试验中，在乳液层中记录了6个候选中微子相互作用。考虑到大型强子对撞机在运行过程中产生了多少粒子，这看起来可能并不多，但它为这次合作提供了两条至关重要的信息。

冯说:“首先，它证实了大型强子对撞机ATLAS相互作用点的前方位置是探测对撞机中微子的正确位置。”“其次，我们的努力证明了使用乳胶探测器观察这类中微子相互作用的有效性。”

飞行员探测器是一个相对较小的装置，大约29公斤(64磅)。该团队目前正在研究完整的版本，大约1100公斤(超过2400磅)。这个仪器将会更加灵敏，并且可以让研究人员区分中微子口味和反中微子口味。

他们预计，大型强子对撞机的第三次观测运行将产生2000亿个电子中微子、6万亿μ中微子和90亿个中微子，以及它们的反中微子。迄今为止，我们总共只探测到大约10个中微子，这将是一个相当大的问题。

这一合作还盯上了更难以捉摸的猎物。他们把希望寄托在对暗光子的探测上，虽然目前这只是一种假设，但它可能有助于揭示暗物质的本质。暗物质是构成宇宙大部分物质的一种神秘的、直接无法探测到的质量。

但是中微子的探测本身就是我们对宇宙基本组成部分理解的一个巨大的令人兴奋的进步。

加州大学欧文分校的物理学家和天文学家大卫·卡斯珀(David Casper)说:“考虑到我们的新探测器的力量，以及它在欧洲核子研究中心的主要位置，我们预计在下一次LHC运行中，从2022年开始，能够记录超过10,000个中微子的相互作用。”

“我们将探测到有史以来由人造源产生的最高能量的中微子。”

题主可以了解一下国内高能所王贻芳团队的大亚湾中微子实验项目（是的，就是要搞对撞机的那位）。

中微子 不是 不与任何东西发生反应，这点其它答主也都提到了。

我对物理原理一窍不通，只是有幸曾经在大亚湾中微子项目那座山边住了几年，有点好奇，斗胆来写几句。

国内除了大亚湾，还有 江门中微子实验 (JUNO) ，这两个都利用了核电站释放的中微子，提高了发现中微子的几率。

此外还有四川锦屏的地下核天体物理实验室（JUNA）。

下面这本书是王贻芳写的科普读物。

这是大亚湾项目的一些图片： http:// pic.ihep.cas.cn/tpk/dkx zz_tpk/pic_DYB/ ，可惜拍得不如超级神冈那么震撼。

无缘进入大亚湾项目内部，只在隧道门口看过几眼，就在这座山下。