T2K实验（东海至神冈）是日本的一个长基线中微子实验，以用于研究中微子的振荡。中微子是有三种 “味 “的基本粒子：电中微子、μ中微子以及τ中微子。中微子只参与弱相互作用，由于它们与物质的相互作用十分微弱而导致非常难以探测。电中微子大量产生于太阳中，太阳中产生的中微子可以在不发生相互作用的情况下一直穿过地球。
T2K实验对μ中微子到电中微子的振荡进行了搜索，并在2011年6月宣告了它们的第一个实验迹象。这些振荡现象从未被以往的任何实验观测到。T2K实验目前也正在对μ中微子到τ中微子的振荡进行测量（以往已有实验观测到过），它将对以上这些中微子振荡的概率以及两个中微子之间的的质量差进行迄今为止最精准的测量（准确来说，T2K实验测量的是这些质量的平方之差）。
T2K实验的中微子束
T2K实验将高强度的μ中微子束从日本东海岸的东海送至位于日本西部距离东海295公里的神冈。中微子束是通过质子束撞击石墨靶产生的；撞击产生了π介子，被称作为 “磁号”的磁性装置聚焦成束流。π介子迅速衰变产生μ子和μ中微子。μ子、π介子以及任何剩余的质子被第二层石墨（称之为束流收集器）所阻挡，但中微子将不被阻挡。束流中的中微子的能量很重要，因为振荡的性质取决于它：低能量的中微子比高能量的中微子在更短的距离内发生振荡。T2K中微子束的能量范围以600MeV为中心，具有这种能量的μ中微子在飞行295公里后发生振荡的概率将最大化。
T2K实验也已经开始（自从2014年）使用反μ中微子束获取数据。科学研究认为，大爆炸期间产生了等量的物质及反物质，但仍不理解今天的宇宙完全由物质组成的缘由，可以运用反中微子束比较反中微子与中微子震荡的区别来寻找解决方案。
T2K实验的探测器
ND280近探测器
中微子束的方向必须稳定在1/20度内，并且束流的强度必须在一段时间内保持不变。交互式中微子网格（INGRID）近探测器通过测量中微子与铁的相互作用来进行中微子束方向与强度日常的检查。该探测器位于距离石墨靶280米处中微子束的中心。
T2K实验用两个独立的探测器测量中微子振荡，皆位于偏离中微子束中心2.5度的离轴上。ND280近探测器同样距离石墨靶280米，用于在任何中微子振荡发生之前测量中微子束中μ中微子的数量。T2K实验生产的中微子的能量比太阳中微子高得多，高能量的中微子更容易发生相互作用。少量的μ中微子与ND280中的闪烁体或水发生相互作用，μ子为这些相互作用的主要产物。μ介子是一种带电粒子，因此可以被直接探测到，在相互作用后可以立刻开始电离气体。ND280的测量的结果被用于预测在没有振荡发生的情况下，”远探测器 “超级神冈观测的μ中微子数量。
大多数中微子不发生相互作用，可以直接穿过ND280探测器。这些中微子以接近光速的速度到达超级神冈探测器（Super K）。它位于日本西部地下1000米处，距离东海的石墨靶295公里。在Super K探测器，中微子会进入一个极大的装有超纯水的圆柱水缸。同样，大多数中微子穿过水缸时不会发生相互作用。但由于中微子的高能量和高强的束流，一些中微子的确会与水发生相互作用。
μ中微子大多数相互作用下会产生μ子，而电中微子相互作用下往往产生电子。μ子和电子是带电粒子，它们在水中通过时替代了水中的电子。当带电粒子通过后，水中的电子回到它们的稳定位置时会发出光。如果通过的带电粒子运行的速度大于光在水中的传播速度（真空中光速的四分之三），那么这种光就会以锥体状发散出来，称为切伦科夫（Cherenkov）辐射。Super K探测器的内壁上有超过10,000个敏感的光电倍增器，它们用来探测切伦科夫光的圆锥体打在探测器内壁上圆环。Super K能够区分μ子（会产生边缘很细的环）和电子（会产生边缘更分散的环）。
请点击这里查看Super K的实时事件检测，请点击这里。您将看到Super-K探测器内光电管的分布图，记录着不久前发生的一个事件。 该检测将每隔几秒钟更新一次。这些只是在Super-K每秒记录的事件中的一个随机样本。(关于事件检测的解释，请点击这里）。 你所看到的大多数事件都是向下移动的μ子轨迹，而不是T2K中微子束中的中微子！事实上，我们从Super-K记录的数百万个事件中筛选出的大多数中微子相互作用事件是由来自太阳或地球大气层的中微子引起的。每年只有几百个中微子的相互作用事件是由J-PARC的中微子束引起的。
在Super K中，μ中微子到电中微子的振荡通过电中微子与水的相互作用后产生的电子所散发的分散环所观测。在Super K中观测到了28个电中微子事件，而在没有振荡的情况下预测仅有4.6个。μ中微子到电中微子的振荡以外的过程引起这28个事件的概率很小，为10-13，因此证实了这些中微子振荡正在发生。
T2K实验同时也在研究从μ中微子到τ中微子的振荡，并与ND280对无振荡的预测作比较，表现为Super K中探测到的μ子数量的减少。
离轴实验的优势
T2K实验是世界上第一个离轴中微子实验，ND280和Super K探测器位于偏离中微子束中心2.5度的方向。
离轴部分中微子能量的范围比在轴部分窄，因此更多的中微子可以在到达Super K改变味的属性。中微子能量的测量也是最重要的，会通过中微子与探测器中的中子相互作用产生μ子和质子事件的精确测量。中微子束的离轴部分相比于在轴部分有更多的此类事件，这使得T2K能够对中微子能量进行更准确的测量，从而对中微子振荡概率以及中微子质量差的测量比以前的实验更精确。
