Aksel L. Hallin, Physikprofessor an der Queen’s University und dem Sudbury Neutrino Observatorium, gibt diese Beschreibung:
Ein Neutrino ist ein subatomares Teilchen, das einem Elektron sehr ähnlich ist, aber keine elektrische Ladung und eine sehr kleine Masse hat, die sogar null sein kann. Neutrinos sind eines der am häufigsten vorkommenden Teilchen im Universum. Da sie jedoch nur sehr wenig Wechselwirkung mit Materie haben, sind sie unglaublich schwer nachzuweisen. Die Kernkräfte behandeln Elektronen und Neutrinos identisch; beide nehmen nicht an der starken Kernkraft teil, aber beide nehmen gleichermaßen an der schwachen Kernkraft teil. Teilchen mit dieser Eigenschaft werden als Leptonen bezeichnet. Zu den geladenen Leptonen gehören neben dem Elektron (und seinem Antiteilchen, dem Positron) auch das Myon (mit einer Masse, die 200-mal größer ist als die des Elektrons), das Tau (mit einer Masse, die 3.500-mal größer ist als die des Elektrons) und deren Antiteilchen.
Beide, das Myon und das Tau, haben, wie das Elektron, begleitende Neutrinos, die als Myon-Neutrino und Tau-Neutrino bezeichnet werden. Die drei Neutrino-Typen scheinen unterschiedlich zu sein: Wenn beispielsweise Myon-Neutrinos mit einem Target wechselwirken, erzeugen sie immer Myonen und nie Taus oder Elektronen. Bei Teilchenwechselwirkungen können zwar Elektronen und Elektronen-Neutrinos erzeugt und zerstört werden, die Summe der Anzahl von Elektronen und Elektronen-Neutrinos bleibt jedoch erhalten. Diese Tatsache führt zur Einteilung der Leptonen in drei Familien mit jeweils einem geladenen Lepton und dem dazugehörigen Neutrino.
Um Neutrinos nachzuweisen, werden sehr große und sehr empfindliche Detektoren benötigt. Normalerweise durchquert ein niederenergetisches Neutrino viele Lichtjahre normaler Materie, bevor es mit irgendetwas wechselwirkt. Folglich sind alle terrestrischen Neutrinoexperimente darauf angewiesen, den winzigen Bruchteil der Neutrinos zu messen, die mit Detektoren von angemessener Größe wechselwirken. Im Sudbury Neutrino Observatorium zum Beispiel fängt ein 1000 Tonnen schwerer Wasser-Sonnenneutrino-Detektor etwa 1012 Neutrinos pro Sekunde auf. Pro Tag werden etwa 30 Neutrinos nachgewiesen.
Wolfgang Pauli postulierte 1930 erstmals die Existenz des Neutrinos. Damals ergab sich ein Problem, weil es schien, dass sowohl Energie als auch Drehimpuls beim Betazerfall nicht erhalten bleiben. Pauli wies jedoch darauf hin, dass man die Erhaltungssätze wiederherstellen könnte, wenn ein nicht wechselwirkendes, neutrales Teilchen – ein Neutrino – emittiert würde. Der erste Nachweis von Neutrinos erfolgte erst 1955, als Clyde Cowan und Frederick Reines Anti-Neutrinos aufzeichneten, die von einem Kernreaktor emittiert wurden.
Natürliche Quellen von Neutrinos sind der radioaktive Zerfall von Urelementen in der Erde, die einen großen Fluss von niederenergetischen Elektron-Anti-Neutrinos erzeugen. Berechnungen zeigen, dass etwa 2 Prozent der Energie der Sonne von Neutrinos fortgetragen werden, die dort in Fusionsreaktionen entstehen. Auch Supernovae sind überwiegend ein Neutrino-Phänomen, denn Neutrinos sind die einzigen Teilchen, die das sehr dichte Material, das in einem kollabierenden Stern entsteht, durchdringen können; nur ein kleiner Teil der verfügbaren Energie wird in Licht umgewandelt. Es ist möglich, dass ein großer Teil der dunklen Materie des Universums aus primordialen, urknallartigen Neutrinos besteht.
Die Felder, die mit Neutrinoteilchen und Astrophysik zu tun haben, sind reichhaltig, vielfältig und entwickeln sich schnell. Daher ist es unmöglich, zu versuchen, alle Aktivitäten auf diesem Gebiet in einer kurzen Notiz zusammenzufassen. Zu den aktuellen Fragen, die eine große Menge an experimentellen und theoretischen Bemühungen anziehen, gehören jedoch die folgenden: Was sind die Massen der verschiedenen Neutrinos? Wie beeinflussen sie die Urknall-Kosmologie? Oszillieren Neutrinos? Oder können sich Neutrinos eines Typs in einen anderen Typ verwandeln, während sie sich durch Materie und Raum bewegen? Unterscheiden sich Neutrinos grundlegend von ihren Antiteilchen? Wie kollabieren Sterne und bilden Supernovae? Welche Rolle spielt das Neutrino in der Kosmologie?
Eine seit langem bestehende Frage von besonderem Interesse ist das sogenannte solare Neutrinoproblem. Dieser Name bezieht sich auf die Tatsache, dass mehrere terrestrische Experimente in den letzten drei Jahrzehnten durchweg weniger solare Neutrinos beobachtet haben, als für die von der Sonne abgestrahlte Energie notwendig wären. Eine mögliche Lösung ist, dass Neutrinos oszillieren – das heißt, die in der Sonne erzeugten Elektronen-Neutrinos wandeln sich auf ihrem Weg zur Erde in Myon- oder Tau-Neutrinos um. Da es viel schwieriger ist, niederenergetische Myon- oder Tau-Neutrinos zu messen, würde diese Art der Umwandlung erklären, warum wir auf der Erde nicht die richtige Anzahl von Neutrinos beobachtet haben.