ニュートリノ
ニュートリノ振動は1957年にブルーノ・ポンテコルボにより提唱された。この理論は、k中間子振動(英語版)から類推された。彼は、その後10年で真空の振動理論の現代的な数学による定式化に取り組んだ。1962年、坂田昌一・牧二郎・中川昌美がニュートリノが質量を持ち、ニュートリノが電子・ミュー・タウの型の間で変化するニュートリノ振動を予測した。この定式化に用いられた行列はポンテコルボ・牧・中川・坂田行列と呼ばれている。
この現象について、1998年6月に梶田隆章らによるスーパーカミオカンデ共同実験グループは、宇宙線が大気と衝突する際に発生する大気ニュートリノの観測から、ニュートリノ振動の証拠を99%の確度で確認した。また、2001年には、アーサー・B・マクドナルドらによるサドベリー・ニュートリノ天文台が太陽ニュートリノの観察からも強い証拠を得た。
ニュートリノ振動が観測されたことにより、ニュートリノには質量があることが分かった。
従来弱い相互作用しかしないこともあって質量が観測できず、質量は0であるとするのが一般的であった。しかし、例えば光子には質量が0であるとする理論的根拠が存在するが、ニュートリノについてはそのような理論は無かった。ニュートリノが質量を持つことが分かったものの、ニュートリノ振動からは型の異なるニュートリノの質量差が測定されるのみで、質量の絶対値はわからない。
1987年2月23日に発見された15万光年離れた大マゼラン雲の超新星SN 1987Aから飛来した電子ニュートリノの観測によると、電子ニュートリノの静止質量は 5% 以内の誤差で最大 16 eV であり、これは電子の質量の 30 万分の 1 である。三重水素崩壊の正確な測定によると、電子ニュートリノ質量の上限は2 eVである。
ニュートリノの質量が有限値を持つことは理論研究に大きな影響を与える。まず問題になるのは、これまで各種の提案がされてきた標準理論のうちの一部はニュートリノの質量が 0 であることを前提としている。このため、それらの理論は否定される。また、ニュートリノ振動は、各世代ごとに保存されるとされてきたレプトン数に関して大幅な再検討を促すことになる。
また、ニュートリノには電磁相互作用がないため光学的に観測できず、またビッグバン説では宇宙空間に大量のニュートリノが存在するとされていることから、ニュートリノは暗黒物質の候補のひとつとされていたが、確認された質量はあまりに小さく大きな寄与は否定された。
実験結果からは誤差の範囲内で、生成され観測される(ほぼ)すべてのニュートリノはスピン角運動量の回転方向 (ヘリシティ、英: helicity )が左巻き、すべての反ニュートリノが右巻きを持っていることを示す。このことはニュートリノに質量はないとした極限では、双方の粒子に考えうる2つのカイラリティ(英: chirality )の1つしか観測されていないことを意味する。このようなカイラリティは素粒子相互作用の標準模型での唯一のものである。
実験結果からは、右巻きニュートリノと左巻き反ニュートリノという相対するパートナーが単に存在しないということも考えられる。そうであれば、観測されるニュートリノと反ニュートリノは実際は全く異なる性質のものということになる。理論的には(大統一理論スケールで)非常に重いもの(シーソー機構を参照)、(ステライルニュートリノのような)弱い相互作用を起こさないもの、あるいはその両方が考えられている。