与宇宙辐射实验室主任。其后十年在日本私立东海大学任教。2002年10月，小柴与雷蒙德·戴维斯、里卡尔多·贾科尼分享诺贝尔物理学奖。东京大学理学系研究科于2005年设置「」以纪念他的贡献。小柴屡获殊荣的工作集中在微中子，这是长期使科学家感到困惑的亚原子粒子。 自1920年代以来的假说是因为核聚变反应使太阳发光，从而将氢转化成氦并释放能量。后来的理论计算表明，在这些反应必须释放无数的微中子，因此，地球必须暴露在不间断的太阳微中子之中。因为微中子与物质的相互作用很弱，所以只有一万亿分之一的微中子会停留在地球上