中微子是一种不带电荷、质量极小的基本粒子。中微子通过弱相互作用和引力与物质相互作用，因此尽管数量众多，却很难被探测到。已知的中微子有三种类型，称为“味”，分别与电子、μ子和τ子相关。中微子在传播过程中能够改变味，这为其具有质量提供了证据，也意味着必须扩展粒子物理学中最简形式的标准模型。(neutrinos.fnal.gov)
性质与分类
中微子与电子及其质量更大的同类粒子一样，属于轻子家族。它们是自旋为½的费米子。与带电粒子不同，中微子不发生通常的电磁相互作用；与夸克不同，它们也不参与强相互作用。中微子的弱相互作用通过带电流和中性流过程发生。带电流相互作用可以产生与中微子味对应的带电轻子，而中性流相互作用的末态中仍有中微子。(pdg.lbl.gov)
三种味分别记作νₑ、νμ和ντ。味描述的是中微子通过弱相互作用产生或被探测的方式，而不是某个确定的质量。反中微子是中微子对应的反粒子，其弱相互作用行为与中微子不同。中微子与反中微子是否在本质上属于不同的粒子，仍有待实验解答。地球附近的绝大多数中微子都能穿过大量物质而不发生相互作用，不过，相互作用的概率会随能量升高而增加，能量极高的中微子可能在地球内部被吸收。(neutrinos.fnal.gov)
预言与发现
1930年，沃尔夫冈·泡利提出存在一种中性粒子，以解释β衰变中看似缺失的能量和动量。按照这一设想，一种无法观测到的粒子带走了衰变释放的部分能量，从而使守恒定律仍然成立。随后，恩里科·费米将这种粒子纳入他的β衰变理论，并推广了neutrino这一名称。这个词是意大利语中的指小词，意为“小的中性者”。(neutrinos.fnal.gov)
1956年，克莱德·考恩和弗雷德里克·莱因斯证实探测到了来自核反应堆的电子反中微子。他们的实验识别出了逆β衰变：反中微子与质子相互作用，产生一个正电子和一个中子。正电子湮灭后，随后发生的中子俘获共同构成了具有鲜明特征的符合信号。1962年，μ子中微子被确认，证明中微子并非只有一种可以彼此替代的类型。2000年，费米实验室的DONUT实验宣布直接观测到了τ子中微子的相互作用。(neutrinos.fnal.gov)
来源
许多核过程和粒子过程都会产生中微子。在太阳中，核聚变反应会产生电子中微子。由于中微子比较容易从太阳内部逸出，对它们的探测能提供太阳核心反应的信息，而不只是可见表面的信息。早期测量发现，太阳电子中微子的数量低于理论预期，由此形成了长期未解的太阳中微子问题。(neutrinos.fnal.gov)
其他天然来源包括宇宙辐射与地球大气的相互作用，以及地球内部的放射性衰变。铀和钍衰变链产生的电子反中微子通常称为地球中微子，可以提供地球内部放射性物质的信息。在核反应堆中，核裂变产物的β衰变会产生强大的电子反中微子通量。(nobelprize.org)
粒子加速器通过将质子束射向靶材，产生可控的中微子束。由此产生的短寿命粒子，包括π介子，会衰变为中微子和其他粒子。这些粒子束使实验能够比较中微子在已知传播距离下的行为。天体源也会产生中微子：对超新星SN 1987A中微子暴发的探测，提供了恒星核心坍缩的直接证据；冰立方中微子天文台则探测到了来自天体源的高能中微子。(neutrinos.fnal.gov)
振荡与质量
中微子振荡的发生，是因为味态是三个质量态的量子叠加，这三个质量态通常记作ν₁、ν₂和ν₃。各个分量在传播过程中以不同方式演化，从而改变中微子被探测为某种味的概率。味态与质量态之间的关系由庞特科尔沃–牧–中川–坂田混合矩阵描述。振荡概率取决于混合参数、质量平方差、中微子能量、传播距离，以及中微子与周围物质的相互作用。(neutrinos.fnal.gov)
1998年，超级神冈实验报告了来自大气中微子的有力证据。2001年，萨德伯里中微子观测站的结果表明，太阳电子中微子会转变为其他活性味，从而解释了太阳中微子数量偏少的问题。梶田隆章和阿瑟·B. 麦克唐纳因这些实验贡献获得了2015年诺贝尔物理学奖。(neutrinos.fnal.gov)
振荡能够确定质量差异，但不能确定绝对质量尺度。研究β衰变能谱的测量可提供互补信息。2025年发表的一项KATRIN实验结果，在90%的置信水平下，将电子反中微子的有效质量上限设定为0.45 eV/c²。这个上限约束的是各质量的加权组合，而不是对每个质量的单独测量。(arxiv.org)
探测与未解问题
中微子探测器记录的是罕见相互作用的产物，而非直接观测中微子。因此，大体积靶介质和本底抑制至关重要。水和冰探测器测量次级带电粒子发出的切伦科夫辐射；这些粒子的速度超过了光在相应介质中的传播速度，但并未超过真空中的光速。冰立方中微子天文台根据这些信号的时间和空间分布，重建中微子的入射方向与能量。(neutrinos.fnal.gov)
主要研究问题包括中微子质量的起源，以及中微子是否就是其自身的反粒子。对无中微子双β衰变的搜寻旨在检验后一种可能性。实验也在研究中微子与反中微子的振荡之间是否存在差异。假设存在的惰性中微子不参与通常的弱相互作用，将构成已确认的三种活性味之外的额外状态；其存在尚未得到确凿证实。(pdg.lbl.gov)