日本神冈中微子探测实验中的光电倍增管阵列。光电倍增管（Photo Multiplier Tube，简称PMT）可以将极微弱的光信号转换成电信号输出，并获得惊人的电子倍增能力。
诺奖得主小柴昌俊去世后，出现了一些文章，多是源于他自传的故事，少有对他科学贡献的介绍。本文研究了小柴昌俊的科学贡献，并从中总结了若干成功经验。最近，中国大亚湾核电站的中微子实验装置在实现原定科学目标后退役，本文也有助于理解相关的科学问题。
小柴昌俊生于1926年，因为对“宇宙中微子探测”的贡献，与戴维斯（Ray Davis Jr.）分享了2002年诺贝尔物理学奖的一半，另一半授予了对宇宙X射线探测做出重要贡献的贾科尼（R. Giacconi）。
小柴昌俊是一位杰出的科学家，对中微子实验物理做出了重大贡献，神冈和超级神冈中微子探测实验都源自他的想法和努力。他也培养了一批优秀的学生，其中梶田隆章因超级神冈实验发现的中微子振荡而分享2015年物理诺奖。
中微子是很重要的基本粒子，1930年首先由泡利（W. Pauli）预言，1956年莱因斯（F. Reines）和科万（C. Cowan）最早在实验上发现。
1967年，在美国南达科他州的霍姆斯特克金矿，戴维斯探测到来自太阳的中微子，但是发现，中微子数量只是理论预期的大约三分之一。小柴昌俊认为，戴维斯的工作代表中微子天体物理的概念形成，而他本人领导的两个实验代表了中微子天体物理的开始，因为戴维斯只是探测到中微子，而小柴得到更具体的信息，比如方向、时间等等。这强调了小柴昌俊工作的创新意义。
小柴昌俊领导的这两个中微子实验，都在神冈矿（Kamioka Mine）的地下1千米进行，分别叫做神冈中微子探测实验（Kamioka NDE）和超级神冈中微子探测实验（Super-Kamioka NDE）。神冈矿为三井公司经营，20世纪上半叶采矿活动大量排放镉，造成附近水流污染，引起周围很多居民患上痛痛病。后来停止采矿，但是冶炼厂还生产锌、铅和银。1982年，小柴昌俊在此领导建造神冈探测器。
建好的神冈NDE探测器，表面有1/5覆盖了光电倍增管，里面有3千吨水，造价3.5亿日元；超级神冈NDE探测器的表面有2/5覆盖了光电倍增管，里面有5万吨水，造价100亿日元。
神冈NDE原本就是一个寻找质子衰变的“安静实验”。神冈NDE使用了大量的纯水。每个水分子中有两个质子，如果质子衰变，会产生高速运动的带电粒子，速度甚至超过水中的光速。这就会产生光的冲击波，叫做切伦科夫辐射，类似超音速飞机产生的声爆。在这种情况下，切伦科夫辐射被认为是质子衰变导致的信号。因此神冈NDE用到大量的光电倍增管，来探测切伦科夫辐射。
小柴昌俊想出一个可以与IMB竞争的方法，就是让每个光电倍增管对光信号特别敏感，从而可以探测到更多的质子衰变模式。为此，滨松光学公司不惜亏损3亿日元，将每个光电倍增管的直径从通常的12.5厘米扩大到50厘米，结果神冈NDE探测电子的能力比原计划提高了千倍。
1983年8月，神冈NDE完工后进行校验，三个月后，神冈NDE探测到很多这样的电子，最低能量只有12兆电子伏特。于是小柴昌俊想到，这个探测器既然能够探测这么低的能量，就应该可以用来探测太阳发出的中微子，因为其能量有14兆电子伏特，高于12兆电子伏特。
1984年1月，在美国犹他的帕克城，“重粒子不守恒国际会议”上，小柴介绍了神冈NDE的运行情况，以及观测太阳中微子的计划，争取到美国宾西法尼亚大学Alfred Mann教授的合作，负责TDC。1986年底，升级改造后的神冈NDE开始工作，英文简称NDE保持不变，但是更多地理解为“中微子探测实验”。
2002年4月，在原来神冈NDE所在的井里，建了第三代探测器KamLAND（Kamioka Liquid Scintillator AntiNeutrino Detector，神冈液体闪烁反中微子探测器），探测来自200公里外的核反应堆产生的反中微子。2002年初开始采集数据。
1987年2月23日，天文望远镜观测到一个超新星爆发，代号1987A，位于17万光年外的大麦哲伦星云。25日，小柴团队得到消息。他们在观测数据中找到了集中在13秒内的12个中微子信号。这证明了这个超新星是II型，因为I型不发出中微子。
根据小柴昌俊2002年的诺贝尔演讲，神冈NDE取得四个重要结果。第一个结果是探测到太阳发出的中微子，验证了戴维斯的结果，而且更精确，特别是给出中微子的信息，包括到达时间、方向、能量分布。第二个结果就是超新星中微子。第三个结果是大气中微子反常。第四个结果是大气中微子振荡。
小柴昌俊在诺贝尔演讲中也介绍，超级神冈NDE改进了神冈NDE的结果。1988年，诺贝尔物理学奖授予了发现缪子型中微子的莱德曼、施瓦兹和斯坦伯格。2015年，因为“发现了中微子振荡，从而说明中微子有质量”，小柴昌俊的学生、领导超级神冈实验的梶田隆章和领导萨德伯里中微子观测台实验的麦克唐纳分享了诺贝尔物理学奖。
小柴昌俊的科研经历中，他将质子衰变探测器升级为以探测中微子探测器，抓住机会，创造条件，及时调整方向，树立了一个很好的范例。他将科学研究与人才培养有机结合，在课题选择上也兼顾学生的训练机会。这些也值得借鉴。