21.中微子
定 义：由核聚变产生的难以捉摸的粒子，其性质引发了一连串的问题。
发现历史：20世纪60年代末，在霍姆斯塔克（Homestake）矿井中发现了太阳中微子的严重缺失。
关键突破：1998年，在日本超级神冈天文台（super-kamiokande observatory）探测到中微子振荡，表明中微子具有质量，并在三种形式之间振荡。
重要意义：中微子可以对恒星内部正在进行的过程进行直接探测。
到20世纪中期，天文学家们已经对太阳有了基本的了解，包括它的内部结构、能量来源和主要的表面活动类型。但是在20世纪60年代后期，探测太阳核反应中心的尝试却带来了令人困惑的结果。
太阳中微子问题表明了观测到的太阳行为与核物理的预测之间存在明显的根本性差异，对这一问题的解决，要从美国天体物理学家雷蒙德·戴维斯（Raymond Davis）和约翰·巴考（John N.Bahcall）说起。他们建造了一台也许是世界上最奇特的望远镜，安装于美国南达科他州地下1.5千米（0.9英里）的一座名为霍姆斯塔克的金矿中。
霍姆斯塔克矿井实验使用了一个充满了四氯乙烯（通常用作干洗液）的巨大水箱来探测路过的微小且看起来无质量的亚原子粒子，这种粒子被称为中微子，它们在太阳核心的核聚变过程中不断被发射出来。中微子可以畅通无阻地穿过大多数物质，完全无视这些物质的存在，因此它们提供了直接测量太阳核心发生聚变反应的速度的方法。探测中微子是公认的棘手问题，因为不管是岩石还是科学仪器，中微子都可以径直穿过去。霍姆斯塔克实验依赖于罕见的捕获事件，捕获事件发生时，中微子会直接撞击液体中的氯原子，将氯原子转化为氩的放射性同位素。水箱位于地下深处，是为了阻挡其他粒子的影响。
失踪的中微子
根据太阳的能量输出，巴考计算了在望远镜中捕获中微子的预期速率，但戴维斯发现，该实验探测到的捕获事件仅为预期的1/3。最初，科学界对他们的结果表示怀疑，但到了20世纪70年代，随着世界各地的其他中微子天文台报告了类似的结果，情况变得很明显，他们推测一定是什么地方出了严重的问题。由于巴考对日核中聚变速率的预测依赖于现在太阳表面释放的能量，而这些能量从核心出发经过了约10万年的旅程才到达太阳表面（译注：也就是说假设现在太阳内部核反应产生的能量有所下降，我们也要等很久才能看到太阳表面的变化，但是由于中微子能以接近光速的速度直接从太阳内部跑出来，所以会比电磁辐射更早地透露太阳内部的信息。中微子数量的减少可能意味着核反应速度的减缓，所以会有下面提到的可能性），因此一个令人震惊的可能性是，太阳内部的“发电厂”因为某种原因已经动力不足了。幸运的是，日震学的发展很快就将这种可怕的情况排除了，而另一种之前与之对比而不太引人注目的解释则脱颖而出。
在美国布鲁克海文国家实验室的气泡室中，我们可以看到，中微子等粒子在穿过一个充满过饱和水蒸气的区域时，会产生凝结尾迹，由此我们可以追踪这些粒子的运动。
“在格兰萨索实验室检测到的中微子比预期的要快60纳秒——这一结果暗示了它们实际上比光速更快。”
剧烈振荡
早在1962年，物理学家就意识到实际上有3种不同类型的中微子，它们可以通过不同的方式产生。由氢聚变产生的是电子中微子，它可以被霍姆斯塔克矿井实验和其他早期实验探测到，而其他两种类型分别被称为μ中微子和τ中微子。1968年，意大利―苏联物理学家布鲁诺·彭特克沃（Bruno Pontecorvo）提出，如果看似无质量的中微子确实具有质量，无论质量多小，它们都可以在不同类型之间振荡。例如，在从太阳到地球的旅程中，大量的电子中微子可能会转变为μ中微子和τ中微子。
1987年，由于超新星1987A的爆发，天文学家们有了一次难得的机会，可以观测到来自太阳以外的中微子。在超新星爆发出可见光之前，世界各地的中微子实验室就探测到了这次爆发产生的粒子。此时的霍姆斯塔克矿井已经装备了更为精密复杂的探测器，其中一些探测器可以追踪中微子进入的方向，并实时捕捉它们的路径。有趣的是，日本的神冈天文台和美国的欧文‒密歇根‒布鲁克海文实验室（Irvine–Michigan–Brookhaven experiment）测量到的爆发时刻似乎略有不同，这表明中微子的传播速度略低于光速，因此中微子确实可能具有质量。
1998年，科学家使用改进版的超级神冈探测器找到了中微子具有质量的进一步证据，该证据是关于μ中微子振荡的实验。μ中微子这种高能粒子是由宇宙射线与地球高层大气中的空气分子发生碰撞产生的。日本研究团队发现，从头顶方向进入探测器的μ中微子要比从下方进入的多，他们对这种差异进行了解释，认为来自下方的μ中微子在穿越地球的过程中有更充足的时间转变为探测不到的τ中微子。通过对振荡速度的分析，该团队甚至估计出中微子的质量为电子的千万分之一。
2001年，在加拿大萨德伯里中微子天文台（Sudbury Neutrino Observatory）进行的一项实验终于首次发现了全部类型的3种中微子，并且证实了到达地球的中微子总数与巴考等人的预测非常接近。
答案和新的难题
有关中微子问题的答案不仅受到太阳物理学家的欢迎，也受到寻找可能的宇宙暗物质的宇宙学家的欢迎。最近，这些难以捉摸的粒子又抛出了一个谜团，这个谜团甚至有可能推翻长期以来的物理定律。
自2006年以来，位于法国―瑞士边境的欧洲核子研究中心粒子物理中心的物理学家们会定期发射―束μ子，指向大约730千米（453英里）外的意大利格兰萨索国家实验室地下的奥佩拉（Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus，简称OPERA）和伊卡洛斯（Imaging Cosmic And Rare Underground Signals,简称ICARUS）探测器。 2010年，奥佩拉探测器首次在μ子流中检测到了τ中微子，这验证了中微子振荡的存在。在2011年9月，奥佩拉科学家团队公布了一项研究结果：格兰萨索国家实验室探测到的中微子比预期的要快60纳秒（十亿分之一秒）。由于计算时假设中微子以光速传播，所以这个结果表明中微子实际跑得比光速更快。意料之中地，大多数科学家们都非常怀疑这一结果：毕竟光速不变及其终极性质是现代物理学的基本支柱。但大多数实验误差都已经被排除，并且格兰萨索国家实验室已经以更高的精度重复了这一实验，仍然得到了相同的结果。当时，世界各地的实验室都在计划相关实验，希望能够解决这一争议（译注：2012年3月16日已证明是仪器误差）。
2002年，南极洲巨大的拉森-B（Larsen-B）冰架破裂了，这是我们的地球目前正在经历全球气候变化的强烈信号。这些变化是否与太阳活动的长期波动有关？