首先，让我们来了解下中微子。对放射性的早期研究中，人们发现中子会衰变。衰变产物似乎只有质子和电子。然而，如果衰变的产物只有质子和电子，就会导致另一个奇怪的结果产生。如果一个中子处于静止状态，它会具有一定的能量（E=mc^2）。如果把衰变产物质子和中子的质量，以及它们的动能加起来，你会发现这个结果总是小于它静止时候的能量。因此，矛盾点产生了，要么发生了能量不守恒，要么还有第三个没有被发现的衰变产物。
沃尔夫冈·保利认为不能违背能量守恒原理，所以他在1930年提出，在中子衰变过程中会产生第三种粒子(恩里科·费米称之为“小中性粒子”或中微子)。而且，因为电子的电荷是-1，质子的电荷是+1，所以第三种产物一定是中性的。1956年，雷恩斯和考恩直接探测到了中微子，保利和费米的猜想被证明是正确的。(雷恩斯的这项工作，使他获得了1995年的诺贝尔物理学奖)
泡利的猜想和中微子的发现之间隔了很久，这缘于中微子之间相互作用的方式。与电子和质子通过电磁力相互作用不同，中微子只能通过弱磁力相互作用(电子也可以通过弱力相互作用)。顾名思义，弱磁力相互作用是一种很微弱的力。中微子可以轻而易举地穿过我们的星球。当你读这篇文章时，数十亿中微子正穿过你的身体。所以，建造一个试验性的阿帕图斯来探测中微子是一项挑战。
自1956年以来，科学家又发现了其他种类的中微子。电子有更大质量的对应物，μ介子和τ轻子。其中，每一个都有一个相关的中微子。因此就有了电子中微子、μ中微子和τ中微子。(此外，每一个都有一个反粒子，所以还会存在电子反中微子，μ反中微子，τ反中微子。此外，人们还认识到，为了使方程平衡，一个中子的衰变实际上会产生一个电子、一个质子和电子反中微子。）早期的工作假设中微子没有质量，因为实验表明如果电子中微子和反中微子有质量，它一定是非常小的。
20世纪60年代，小雷蒙德·戴维斯意识到，如果太阳通过核聚变发光，它应该是一个丰富的中微子源。
科学家认为中微子可能是在太阳核心发生聚变反应的重要副产物。霍姆斯特克矿进行的一项实验中，证实了这种猜想。约翰·白考与戴维斯一起记录了这个实验：
虽然这项实验开展的并不是很顺利，但在几年之后，开始出现转机。在霍姆斯特克探测到的中微子数量远远低于太阳模型的预测。此外，随着20世纪80年代末和90年代初新的实验上线，这个结果愈加明显。不仅中微子的数量低于预期，它们的能量也与预期不符。
有3个答案可以解决上述问题。（1）设计的模型是错误的。如果太阳核心的温度比预计的稍微低一点，就会降低核聚变反应的速率，导致在地球上可以探测到的中微子数量的减少。（2）对中微子的理解是不完全的，也就是说中微子具有质量。（3）兼具上述两方面。
对于解释（1），天文学学家并不是很认同。太阳核心的核聚变反应速率对其温度非常敏感。如果采用解释(1)，似乎需要对模型进行详细的“微调”。(20世纪90年代对太阳的观测支持了天文学家最初的反对。使用日震学,天文学家还有第二种探测太阳表面温度的方法，太阳核心的温度似乎和使用的模型所预测的差不多。)
相反，解释（2）似乎更合理。毕竟，只探测中微子本身是一项具有挑战性的任务。它具有质量的猜想是有可能的。20世纪70年代，维拉·鲁宾和她的合作者也证明了螺旋星系中似乎有很多看不见的物质。如果中微子有质量，就能同时解决两个问题，既能匹配太阳中微子的观测结果，又能解释一些“缺失的物质”或暗物质。
解释（2）的详细介绍如下：假设中微子有质量。那么中微子，电子中微子，μ中微子和τ中微子，可能不是“真正的”中微子。真正的中微子，称之为nu1，nu2，和nu3，会以各种方式结合在一起产生被观测到的中微子。此外，量子力学的各种特性将允许观测到的中微子在不同的味道之间“振荡”。因此，电子中微子可以在太阳的核心产生，但在到达地球时，它会振荡成为mu中微子。因为早期的实验只检测到电子中微子，如果电子中微子换成另一种中微子，这种明显的差异就会得到解决。这一解释被称为城市固体废弃物效应，这是三位物理学家米哈耶夫、斯米尔诺夫和沃尔芬斯坦最先提出的。
现在来看，第二种解释显然是正确的。各种各样的地面实验，如萨德伯里中微子天文台(SNO)，超级神冈天文台，液体闪烁中微子探测器(LSND)实验，以及主注入器中微子振荡搜索(MINOS)，似乎都是在直接探测中微子振荡。
虽然解释中微子振荡所需的质量非常小，小到以至于宇宙中所有的中微子都不太可能对宇宙的密度做出实质性的贡献。然而，这似乎足以解决太阳中微子的问题。
作者: Joseph Lazio
