1998年，日本超级神冈首次报道了在研究大气中微子中发现存在中微子振荡的明显证据，推断中微子具有质量。而从KEK到神冈的长基线中微子振荡实验（简称为K2K）对此推断的正确性进行了验证，获得了最新结果。

K2K实验的目标 

当中微子有非零质量和混合时，在三个已知"味"的中微子中产生中微子振荡。在这些情况下，味状态是质量态的混合态，中微子可能会随着时间改变其明显的味道，譬如从KEK到神冈的飞行时间里。在现行基本粒子标准模型里，中微子质量被假设为零。中微子振荡的发现和非零中微子质量需要一种超越标准模型的理论，中微子质量明显小意味着大能量范围的物理。K2K实验的目的是确认用大气中微子观测到的中微子振荡现象和更精确地确定中微子振荡参数（质量差和混合角度）。（k2k是一项国际合作实验，参与该项实验的有来自10个国家30所大学和研究所的科学家） 

实验方法 

K2K中微子束流是由KEK的12 GeV质子加速器提供的。这些人为形成的中微子几乎全是谬子-中微子，这点已被KEK近探测器的数据所证实。KEK近探测器在中微子产生后和中微子振荡效应可以见到之前，测量中微子束流的亮度和能谱。束流被引向距KEK250公里远的超级神冈探测器。中微子束流的能谱类似大气中微子的能谱，长基线实验可以使我们检验在大气中微子中观测到的中微子振荡效应。（左图为 K2K实验说明。高纯度谬子中微子束流在约1 GeV时有很广的能谱，由KEK的加速器产生，通过地下引到250公里远的超级神冈。）

K2K实验是第一个真正的长基线中微子振荡实验，将中微子束流引向遥远场地的探测器。中微子束流脉冲的宽度为一秒钟的百万分之几，每2.2秒从KEK发送到超级神冈。束流的脉冲时间结构使其能够将束流中微子的相互作用与大气中微子的相互作用区别开来。 

数据分析和结果 

K2K实验利用KEK的近探测器（左图）测量中微子束流的流强和能谱，然后测量在超级神冈的远探测器的任何差别。通亮的差别或能谱畸变提供中微子振荡的证据。自1998年开始取数据以来，数据分析不断得到改进，对探测器系统的了解不断加强。到2004年5月分析所有数据获得的结果如下： 

一、在超级神冈观测到了108个事例，而对不振荡假设的期望数字是150.9 (+11.6, -10.0)。 

二、所观测到的中微子谱显示的正好是中微子振荡效应期待的畸变类型。 （右图说明了在超级神冈鉴别KEK束流感应事例的方法。图中显示在超级神冈和KEK分别在微秒时间内从GPS观测到的事例时间和期望束流到达时间之间的差别。在显示的时间窗口中，产生大气中微子背景事例有一个可忽略的概率，最近的这样事例超过120微秒）

（左上图是在超级神冈观测到的中微子能谱畸变（数据点）与缩制的KEK束流能谱（黑图）比较，代表没有中微子振荡时的人们的期待。利用K2K最佳拟合参数，考虑到中微子振荡效应红色图），还显示出期望谱。

右上图是新的K2K结果（绿色），2种（m-t）中微子振荡参数（质量平方差和混合参数）有90%可信度的圈区与超级神冈大气中微子（黑色）结果的比较。）

结论 

根据这些结果，得出以下结论： 

一、如果没有振荡，因统计的波动，只观测到108个事例，可忽略能谱畸变的概率（10^-4）。 

二、K2K结果与超级神冈以前发表的大气中微子振荡所期待的结果一致。现在有足够的数据观测远、近探测器能谱之间的巨大偏差，这些偏差只能归因于中微子振荡效应。 

未来展望 

2004年10 月开始，K2K将又有一束流运行，2005年3月结束。当新的数据不会大量增加实验总统计量的时候，对探测器响应和系统进行研究就非常重要。 

KEK 12 GeV质子同步加速器将于2005年停机，以便为建造新的J-PARC（日本散裂中子源）50 GeV质子加速器作好人员和设备的准备。计划在J-PARC上做的主要实验之一是T2K (Tokai to Kamioka)（东海到神冈），即下一代长基线中微子实验。该台新加速器在事例率上提高了100倍，可以用来更详细地研究中微子振荡和有关现象。 

一个新的闪烁条形(SciBar)探测器系统已安装在了K2K近探测器上，并于2003年9月进行了调试。SciBar可以部分地作为T2K实验中关键探测器元件正在工作的原体。2004-2005年度的K2K运行将极大地增加SciBar数据，还将研究束流打靶和控制，为T2K实验做准备。最后，将利用下一次运行在K2K近探测器上完成各种背景和刻度测量。 

K2K和T2K实验探索粒子物理和天文物理方面的基本问题，在这些领域里，仍有许多未解决的问题，例如CP破坏的发现，它与宇宙中物质和反物质不对称的起源密切相关。在不远的将来，科学家要对这些不解之谜进行挑战。

（高能所科研处制作 材料由侯儒成译自日本高能加速器研究组织和东京大学宇宙线研究所网页）