中微子振荡
中微子振荡与反应堆中微子实验
中微子共有三种，是组成物质世界的十二种最基本粒子中性质最为特殊，被了解得最少的。它不带电荷，几乎不与物质相互作用。长期以来，人们认为中微子没有质量，而且跟DNA只有右旋一样，只存在左旋中微子，从而导致了微观世界的左右不对称。
最近的物理研究表明中微子具有微小的质量。1998年，日本的超级神岗实验（Super Kamiokande）以确凿的证据发现中微子存在振荡现象，即一种中微子在飞行中可以变成另一种中微子，使几十年来令人困惑不解的太阳中微子失踪之谜和大气中微子反常现象得到了合理的解释。中微子发生振荡的前提条件就是质量不为零和中微子之间存在混合。2001年，加拿大的SNO实验通过巧妙的设计，证实丢失的太阳中微子变成了其它种类的中微子，而三种中微子的总数并没有减少。同样的结果在KamLAND（反应堆）、K2K（加速器）这类人造中微子源的实验中也被证实。Super-K实验与Homestake太阳中微子实验于2002年获得了诺贝尔奖。
中微子振荡的原因是三种中微子的质量本征态与弱作用本征态之间存在混合。中微子的产生和探测都是通过弱相互作用，而传播则由质量本征态决定。由于存在混合，产生时的弱作用本征态不是质量本征态，而是三种质量本征态的叠加。三种质量本征态按不同的物质波频率传播，因此在不同的距离上观察中微子，会呈现出不同的弱作用本征态成分。当用弱作用去探测中微子时，就会看到不同的中微子。
中微子振荡示意图。一个电子中微子具有三种质量本征态成份，传播一段距离后变成电子中微子，缪中微子，陶中微子的叠加。
中微子的混合规律由六个参数决定（另外还有两个与振荡无关的相位角），包括三个混合角q12、q23、q13，两个质量平方差Dm221、Dm232，以及一个电荷宇称相位角dCP。通过大气中微子振荡测得了q23与|Dm232|，通过太阳中微子振荡测得了q12与Dm221。在混合矩阵中，只有下面的两个参数还没有被测量到：最小的混合角q13、CP破缺的相位角dCP。目前测得的q13的实验上限是：sin22q13<0.17 （在Dm231 = 2.5×10-3eV2下），由法国的Chooz反应堆中微子实验给出。
大气中微子振荡 |Dm232| = 2.4´10-3 eV2 sin22q23 = 1.0
太阳中微子振荡 Dm221 = 7.9´10-5 eV2 tan2q12 = 0.4
反应堆/长基线中微子振荡 dCP 未知 sin22q13 < 0.17
q13的数值大小决定了未来中微子物理的发展方向。在轻子部分，所有CP破缺的物理效应都含有因子q13， 故q13的大小调控着CP对称性的破坏程度。如果它是如人们所预计的sin22q13等于1%～3%的话，则中微子的电荷宇称（CP）相角可以通过长基线中微子实验来测量，宇宙中物质与反物质的不对称现象可能得以解释。如果它太小，则中微子的CP相角无法测量，目前用中微子来解释物质与反物质不对称的理论便无法证实。q13接近于零也预示着新物理或一种新的对称性的存在。因此不论是测得q13，或证明它极小（小于0.01），对宇宙起源、粒子物理大统一理论、以及未来中微子物理的发展方向等均有极为重要的意义。
q13可以通过反应堆中微子实验或长基线加速器中微子实验来测量。在长基线中微子实验中，中微子振荡几率跟q13、CP相角、物质效应、以及Dm232的符号有关，仅由一个观测量实际上无法同时确定它们的大小。而反应堆中微子振荡只跟q13相关，可以干净地确定它的大小，实验的周期与造价也远小于长基线中微子实验。从Reines和Cowan第一次发现中微子到第一次在KamLAND观测到反应堆中微子振荡，在这50多年历史中，反应堆中微子实验一直扮演着重要角色。特别是最近的Palo Verde、CHOOZ、以及KamLAND几个实验的成功，给未来的反应堆中微子实验提供了很好的技术基础，使q13的精确测量成为可能。