台湾微中子实验，为首项于台湾本土执行的粒子物理实验，也是两岸科学家首次在大型学术研究上的合作。第一个物理结果在2003年4月发表，并广为国际科技媒体报导。本文描述这研究计画的背境、架构、内容、成果及方向。
美国物理学家Cowan和Reines在1956年发现微中子时，称之为「人类所设想到最细小的物质」。我们至今对这充斥在宇宙间的基本粒子，仍未透彻瞭解。微中子基本特性的研究，包括质量、不同种类微中子间的混合和与物质的交互作用等，仍是基础科学的前沿课题，为「兵家必争之地」【1】。其结果对粒子物理、天文物理及宇宙学等领域的发展，深具影响。
微中子只能与其他物质有极微弱的交互作用。例如核能发电厂可以产生大量的微中子，它们平均需要透穿250光年的水（一光年约为地球跟太阳距离的六十三万倍），才会产生一次作用。因此，微中子物理就是研究「隐形人」的领域。侦测微中子因此是项艰鉅的挑战，需要庞大体积的探测器和拓展技术前沿的实验。微中子物理在过去五年，有重大的突破。主要原因是有数个实验，成功地侦察到从太阳、宇宙射缐、加速器及核能发电厂来的微中子，并发现它们在穿越空间时会「变脸」──即是说从一种微中子转变成另一种微中子。我们称这现象为「微中子振盪」(neutrinooscillation)。粒子物理本来牢不可破的「标准模型」(StandardModel)，也因此而需要修订。值得一提的是日本科学家在神冈地下实验室的一系列重要实验，独领风骚，建造了令人惊羡赞嘆的大型探测器，带动着这课题的发展。除了使先驱领导者小柴昌俊教授获得2002年诺贝尔物理奖外，更大大提昇了日本本土研究社群的士气自信与国际声誉。「神冈实验」，在科学发展史上，留下了不灭的足迹，使日本在人类文明贡献的殿堂上，站稳了位置。
台湾在粒子物理实验的研究，自1980年代末期开始。到了1990年代中期，已参加了美国费米国家实验室(Fermilab)及布鲁克海汶国家实验室(Brookhaven)、欧洲粒子物理研究中心(CERN)、日本高能物理国家实验室(KEK)、美国太空梭及国际太空站等着名实验室的研究计画，负责探测器、电子仪器、光电设备、电脑系统的制作和物理模拟、数据分析等项目。在技术与组织能力上，备受国际同侪的肯定。本院物理所的研究团队，在把这物理学的重点领域植根台湾的过程中，扮演了决定性「龙头」的角色。在这样的基础下，任教美国马利兰大学的张仲澐教授与物理所李世昌博士，于1996年启动了微中子计画的构想。第一期的目标为首次于台湾本土，在本地研究人员主导下，设计、建造、执行及完成一个粒子物理的实验。这计画很快获得中国大陆中国科学院高能物理研究所及原子能科学研究院的参与。笔者于1997年初加入本院，与高能所的李金教授，共同推动这计画。本院及国家科学委员会，提供了主要的研究经费。团队取名为TEXONO，即「台湾微中子实验」(TaiwanExperimentOnNeutrinO)之意【2】。这是两岸首次在大型学术研究上的合作，加上台湾大学、清华大学、核能研究所与台电核二厂等单位在专业技术及人力上的鼎力支持，至今团队可算稍具规模，是支拥有三十馀科技人员的研究队伍（图一），曾在着名期刊发表论文，且在不少国际会议中作报告，引得同侪的注意，增加了他们对台湾学术环境的瞭解，也提高了他们来台访问、建立联络的动机。
团队的研究项目，主轴为于台湾电力公司国圣核能二厂内（图二），距离炉心28公尺之处，建立实验室，以研究微中子物理。国外的研究，提出了微中子振盪有力的证据。这代表微中子具有质量，延伸出来可推测微中子将有其他不寻常的特性和与物质的交互作用。核能发电的原理在于核子分裂，过程中除了释放能量外，也制造大量的微中子。因此，核反应炉是个很强的微中子源，是作科学实验的理想场地。微中子研究，可以说是核能发电的「废物利用」。国圣核二厂微中子实验室（图三），採模组化的设计概念，可放置不同探测器，研究不同的物理现象。设备包括重量达五十吨的屏蔽体，以防止宇宙射缐及周围环境辐射所造成的背景干扰。此外，还有精密的高纯锗及闪烁晶体探测器，加上性能先进的电子仪器与电脑软体，用来显视、监控、取录及分析探测器的讯号。
「国圣实验」规画筹建数年，歷经九二一地震的延误，于2001年中开始运作取数，于2002年底完成第一个物理结果，即微中子与光子的可能交互作用的研究。在实验上这特性会以「微中子磁矩」(neutrinomagneticmoments)及「微中子辐射衰变」(neutrinoradiativedecays)显现出来。若这特性存在，微中子可以被看成有内部结构，或者带有极微量的电荷。团队观察微中子跟电子碰撞后电子的能量分佈，并比较它们在核电厂开机与关机时的分別。我们在比前人低一百倍的能量区域作测量，并能把背景噪声压低至其他深入地下千多公尺的地下实验室之水平，大大提高了测量的灵敏度。实验结果是沒有发现任何微中子磁矩和辐射衰变的证据。国圣实验对这两个微中子的重要参数测量出来的上限，已达世界水平，比前人的测量为佳。这成果于2003年4月在PhysicalReviewLetters发表【3】，并为美国AmericanInstituteofPhysics引用为当週重要物理发展的新闻之一【4】。举足轻重的「科学杂志」(ScienceMagazine)，也以专文为团队作专题报导【5】。除了微中子磁矩和辐射衰变的研究外，团队会继续利用国圣实验室的装置，研究其他微中子与物质交互作用的课题，包括微中子与电子交互作用截面的测量、及尝试首次观察微中子与原子核的同调散射（coherentscattering）。此外，数项研发项目，包括探测器性能的改良、太阳微中子及暗物质测量方法的探讨、以加速器质谱仪作放射性同位素的测量、精准电子仪器的制造等，亦在同时执行。一支来自欧、美、日的研究队伍，也正与团队探讨以国圣核二厂为中心，进行长基缐微中子振盪实验的可行性。
团队完成了在台湾第一个粒子物理实验，并获得世界水平的结果，备受国际同侪尊敬肯定，也为国内从事基础科学实验研究的困难处与可行性，提供了经验，可作未来发展的借镜。在建立两岸学术合作之良性互动、互补互惠、确立工作伙伴关系的规范细则上，也跨出了重要的一步。除了分別争取研究资源、分担研究工作及分享论文成果外，已有三名大陆学生来台参加研究工作，取得博士学位。团队中也有本地研究人员，前往中国大陆大学任教的例子。在这过程里，团队建立了执行整合型实验计画的架构格局和与工业界的伙伴关系。这除了是推动其他研究项目的重要基础外，也提供了与国际同侪连络的据点。例如南韩的物理学家，正积极设置一地下实验室，进行其本国第一个粒子物理实验，目标为找寻暗物质。他们採纳的探测器技术，跟国圣实验极为相近，因此彼此自然地建立了密切联络，共享研发资料。此外，凭着国圣实验中制造先进的电子系统的经验，团队正支援本院物理所另一支研究队伍，参加在日本同步辐射研究中心(SPring8)的实验，承担电子取数仪器的设计和制作。团队耕耘数载，启动了多元化的研究计画、培植了全方位的实验能力、建立了具国际视野的联繫网络。
破前人未解之谜、创前人未造之物、攀前人未登之峰、开前人未闢之途，这就是研究工作的精神，也是研究工作者的挑战和喜悦。台湾微中子实验，土生土长，成功的走了「从零开始」、「从无到有」重要的第一步。展望前境，在同仁不断努力下，我们可望更上层楼，争取更理想的成绩。