七十年前，物理学家克莱德·考恩和弗雷德里克·雷因斯带着一个定制制造的10吨探测器，用厚铅墙和湿沙袋包围，并将其放置在南卡罗来纳州萨凡纳河工厂一个强大的核反应堆附近。他们称这个实验为“幻影计划”，因为它的目的是捕捉一个幽灵。在此之前的二十五年，物理学家们一直在困惑为什么在一种称为β衰变的放射性过程中，能量似乎会丧失。有什么东西缺失了，而当时没有已知的物理学能够解释这个现象。然后在1930年，奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利提出了一种激进的解决方案：一个几乎无法探测的粒子正在悄悄地带走这些缺失的能量。“我做了一件可怕的事情，”泡利告诉一位朋友。“我假设了一种无法被探测的粒子。”这颗粒子后来被称为中微子。因为几乎没有质量和电荷，这些粒子可以几乎不受阻碍地穿过地球及其上所有物体，包括我们的人体。考恩和雷因斯在1956年初部署的这个庞大装置，目的是寻找泡利认为不可能的东西。那年的六月份，来自洛斯阿拉莫斯国家实验室的两位物理学家给泡利发了一封电报：“我们高兴地通知您，我们确实探测到了中微子。”随后，注意力转向了一个更广泛的问题。如果核反应产生中微子，我们能否利用它们来观察恒星内部的核反应，包括太阳？这提出了一个巨大的挑战：如果这些粒子可以几乎在无阻碍的情况下通过任何东西，如何可能捕捉到从遥远恒星射来的粒子？怀疑是，探测这种罕见与物质碰撞的粒子需要大量的物质来与其碰撞。此外，这些物质还必须避开其他形式辐射的噪声。因此，科学家们提出的答案是建造一些科学史上最大的、最深的和最奇特的实验陷阱……然后耐心等待。在1960年代，雷蒙德·戴维斯和布鲁克海文国家实验室的同事们在南达科他州的霍姆斯特克矿下放置了一个深达1.5公里的坦克，并填充了近40万升的氯基清洗液四氯乙烯。在极少数情况下，经过的中微子击中氯原子核时，会转变为一种可以被探测和计数的放射性氩形式。这个实验持续了25年，发现的来自太阳的中微子数量仅为理论模型预测值的三分之一。这被称为太阳中微子问题。在解决这个问题之前，几十年过去了——通过更多的庞大实验。在日本的上小矿井深处，增保雅敏建造了一种名为“神冈探测器”的不同类型的探测器，使用了300万升超纯水。在这种设置中，中微子偶尔与水中的原子核相互作用。该相互作用产生一个快速移动的电子，它会产生一种称为切伦科夫光的闪光。这种光被探测器捕捉到。神冈探测器和增保雅敏证实了戴维斯的不足，并且第二个更大的探测器超级神冈探测器以及加拿大的萨德伯里中微子观测站解释了这个差异。中微子可以以三种不同的“风味”（电子型、中微子型和塔型）出现，并且能够在它们之间振荡或转换。为了做到这一点，中微子必须具有质量，而物理定律未能（且仍未）预测这一点。更新的中微子探测器继承了宏伟的雄心和意外的结果。位于阿蒙森-斯科特南极站下的冰立方中微子观测站使用南极冰而非水。它已经绘制出一个仅由中微子构成的银河系地图，并将这些高能宇宙粒子追溯到由超大质量黑洞驱动的活跃星系。在地中海的海底，立方公里中微子望远镜（KM3NET）探测到了有记录以来能量最高的宇宙中微子，其来源仍然未知。中微子振荡及其引发的各种神秘现象推动了新一波探测器的发展。中国的江门地下中微子观测站（JUNO）将于2025年启动；2026年6月发布的初步数据提供了迄今为止最精确的中微子振荡测量值。日本的超神冈探测器（Hyper-K）和位于美国中西部的地下深层中微子实验（DUNE）预计将在本十年晚些时候开始运行。由于这些及其他大胆的实验，泡利确信永远无法捕捉到的粒子逐渐揭开了它的秘密。七十年来，发现的公式没有改变：想得大，走得深，召唤耐心。原始故事经量子杂志授权转载，该杂志是由西蒙斯基金会独立编辑的出版物，其使命是通过报道研究进展来增强公众对科学的理解。