科学|日本在地下存50000吨水，究竟有什么用意？原来日本的野心非常大_中微子|科普|基本粒子|科技

如果我们要问哪里的水是最清澈的，那么答案大概率就是东京大学在日本岐阜县飞驒市神冈町茂住矿山地下1000米处修建的超级神冈探测器，在这里储存在5万吨超纯水。
这5吨超纯水的纯净程度几乎是人类技术所能够做到的极限，没有任何杂质、离子甚至是没有任何空气溶解在水中。那么问题来了，为什么在这地下1000米深度储存5万吨超纯水，到底有什么用意呢？

最鬼魅的粒子：中微子
这个超级神冈探测器就是用来探测一种微观粒子的，这种微观粒子叫做中微子。为什么探测一个微观粒子就要搞这么大的阵仗？中微子到底有什么用呢？

中微子在整个科学史上都是鼎鼎大名的，它难倒了一众物理学大神，甚至量子力学的奠基人波尔都差点为了它放弃能量守恒定律。而探测中微子对于人类而言也是极其困难的。要了解这个困难的程度，我们就需要从四大作用力说起。
科学家发现，在我们的宇宙中存在着四种基本作用：强相互作用，弱相互作用，电磁相互作用，引力相互作用。

引力相互作用可以让物质之间彼此吸引，天体运动依靠的就是引力相互作用。强相互作用可以让粒子构成原子核，弱相互作用可以确保原子核的稳定性。至于电磁相互作用，在我们日常生活中除了引力，剩余的力本质上都是电磁力，它确保了原子结构的存在。我们能够拿住东西，坐在椅子上本质上都是电磁相互作用导致的。

那四大作用和中微子有什么关系呢？
中微子的质量很小，小到我们到现在都无法完全测量中微子的质量大小。因此，中微子几乎不参与到引力相互作用；其次，中微子是电中性的，不参与到电磁相互作用，当然也不参与到强相互作用，只有极其小的概率会参与到弱相互作用。
这就导致一个结果，中微子可以任意穿过地球上的一切物质。或者说一切物质对于中微子而言几乎是透明的。你可能觉得非常难以理解。我们可以进入到微观世界中想象一下，中微子很小很小，远远小于微观世界中的各种粒子。因此，中微子在传播的过程中，原子的大小对于它来说都是极其巨大的，甚至原子核对它来说都是很大的。所以，它可以很轻易地穿越原子，而不撞击到任何的障碍物。科学家发现，中微子在宇宙中传播1光年，只有50%的概率会和这个路径上的物质发生反应。太阳每时每刻都在向地球辐射大量的中微子，这些中微子都是直接穿过地球，当然也就是直接穿过我们的身体。据估算，每秒钟穿过我们手指的中微子数量就达到了几万亿个。

这是因为这样的特点，我们很难捕捉到中微子。那科学家是如何捕捉中微子的痕迹呢？
切伦科夫辐射
尽管中微子与物质反应的概率很低，但是这个概率还是存在的。中微子如果一头撞上原子核，就会释放出其他的粒子，这种粒子还会进一步产生切连科夫辐射，这种辐射的特点是呈现蓝色光。科学家就是利用这个特点来捕捉中微子。

不过，由于中微子与物质反应的概率很低，所以我们要看到反应后的蓝色光实际上很难。这就要求与中微子反应的物质很纯净，并且还得足够多。超级神冈中微子探测器当中就存放着5万吨的超纯水，这些水被放置于一个不锈钢的大桶当中，这个桶的高度达到了41.4米，直径达到了39.3米，其中的储水量相当于20个标准游泳池的水量。为了维持水的纯度，这些水一直不断地在循环净化，把一切可能的干扰杂质都清理出去。

但即便是很纯净，由于辐射量实在太小，是很难捕捉到。因此，就需要有能够把这个辐射信号放大的仪器，这个仪器就是光电倍增管。

它可以把中微子与物质反应产生的连科夫辐射的信号放大一亿倍。在超级神冈中微子探测器中安装了11200个光电倍增管，使得即便是剂量很小很小，也能够被我们捕捉到。

同时也是为了能够屏蔽掉其他的干扰信息，比如：宇宙射线，科学家把超级神冈中微子探测器是被建造在地下1000多米的矿坑当中。在如此极致的安排下，超级神冈中微子探测器不负众望，真的探测到了中微子的痕迹，证实了超新星爆炸的理论，拉开了中微子天文学的序幕。
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科学|日本在地下存50000吨水，究竟有什么用意？原来日本的野心非常大

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