内容提要:

      从1998年至今，中微子物理学经历了整整20年的辉煌，其间，大气中微子振荡被发现、太阳中微子“失踪”之谜被破解、反应堆反中微子振荡和加速器中微子振荡也相继被观测到，从而确立了三种已知的中微子具有微小且非简并的静止质量以及不同种类的中微子之间可以相互转化的事实——这是迄今为止实验上所发现的唯一具有坚实证据的新物理，预示着经过了千锤百炼的粒子物理学标准模型其实是不完备的。有着微小质量但数目巨大的中微子在宇宙演化的进程中扮演了极其重要的角色，是如今多信使天文学的神奇探针之一。

      本书大致遵循中微子物理学发展的历史脉络，首先简要介绍了中微子及其反粒子的概念是如何被引进物理学的，以及它们在实验上被逐一发现的过程。随后从标准模型入手，描述了“零”质量中微子的基本弱相互作用属性以及轻子数和轻子味的概念。作为基本费米子的中微子有可能就是自身的反粒子吗？自然界存在不直接参与标准弱相互作用的所谓“惰性”中微子吗？我们也在本书中针对诸如此类尚无答案的问题作了一定程度的探讨，同时阐述了中微子质量起源的可能机制以及中微子质量谱与带电轻子和夸克质量谱的显著区别，并比较了轻子味混合模式与夸克味混合模式之间的异同。

      中微子振荡——即一种类型的中微子在空间传播的过程中自发地和周期性地转化成另外一种类型的中微子的量子相干现象——自然是本书的重点。我们首先介绍了中微子振荡的唯象学和物质效应，然后具体描述了大气中微子振荡现象及其被发现的过程，也详细描述了太阳中微子“失踪”之谜和破解这一谜题的相关振荡实验。在介绍了两类典型的加速器中微子振荡实验之后，我们把注意力集中到反应堆反中微子振荡实验，特别是在中国本土完成并取得了巨大成功的大亚湾反应堆反中微子振荡实验。可喜可贺的是，中国主导的新一代反应堆反中微子振荡实验的“旗舰”——江门实验——正在建造世界上体积最大、能量分辨率最高的液体闪烁体探测器，即将成为国际非加速器粒子物理学的新地标并有望取得重大成果。

      尽管中微子物理学的实验和理论研究在过去20年取得了令人感叹的长足进展，但中微子本身及其振荡行为仍然存在诸多未解之谜。本书在结尾的部分简要概括了其中一些与中微子相关的、亟待解决的基本问题，希望引起学术界的重视并激发广大青年学子和科普爱好者的兴趣。毋庸置疑，神秘莫测的中微子在未来20年依然会在核物理学、粒子物理学、宇宙学和天文学领域带给人们意想不到的发现和惊喜。

作者简介:

      邢志忠   中国科学院高能物理研究所研究员，中国科学院大学物理科学学院岗位教授。1987年毕业于北京大学物理系，获得理学学士学位；1993年毕业于中国科学院高能物理研究所，获得理学博士学位；之后分别在德国慕尼黑大学物理系（1993年10月至1996年3月以及1998年4月至2001年3月）与日本名古屋大学物理系（1996年4月至1998年3月）从事基本粒子物理学的理论研究；2001年春回国。在中微子物理学的唯象研究领域做出过具有重要国际影响的原始创新工作，业余时间热衷于科学普及和传播，是中国科学家“博客”写作的先行者，科学网博客“所谓江湖”的博主。