探測中微子為什麼用純水

⑴ 日本在地下存放了5萬噸超純水，他們的目的是什麼

顧名思義，所謂超純水就是指非常純凈的水，電阻率達到18兆歐姆·厘米（25 ）的水就可以稱為超純水。為什麼水的純凈度會與電阻率有關呢？這是因為水本身是電的不良導體，水中的雜質越少，電阻率就越大，相應的其導電性能就越小。

盡管超純水在自然界中是不存在的，但人類卻可以自己動手來制備，通常來講，超純水的制備量都很少，不過凡事都有例外，日本東京大學的科學家就在地下存放了5萬噸超純水。那麼他們的目的是什麼呢？答案就是探測宇宙中的「隱身粒子」——中微子。

中微子是宇宙中的一種基本粒子，它們的運動速度通常都非常接近光速，強相互作用力和電磁力都不會對中微子產生作用，而由於中微子的質量又極小（一般小於電子質量的100萬分之1），因此引力對它的作用也幾乎等於零，也就是說，四大基本力中有三種都對中微子無效。

弱相互作用力對中微子有效，不過這種力的作用距離極短（小於10^-17米），這個范圍其實就是原子核內的誇克層面。簡單來講就是，只有中微子直接撞上了原子核內的誇克，科學家才有可能探測得到它們，那這種概率有多大呢？我們不妨來看一下數據。

原子、誇克和中微子直徑的數量級分別為為10^-10米、10^-18米和10^-20米，也就是說，如果把中微子放大成一顆直徑1厘米的小球，那麼按照相同的比例放大，原子的直徑就有10萬公里，而位於這個原子中心的誇克的直徑則卻有1米。

由此可見，中微子擊中誇克的概率可以說低得令人發指，所以在絕大多數時候，中微子都是直接穿過原子，我們根本就察覺不到，正因為如此，中微子也被稱為「隱身粒子」。

宇宙里中微子的數量相當巨大，對我們地球人而言，平均每秒鍾就有數十萬億個中微子穿過我們的身體。由此可見，盡管中微子撞上誇克的概率極低，但在如此多的中微子里，仍然可能會有極少的一部分會與地球上的物質產生互動。

因此科學家只需要建造一個巨大的「靶子」，並對其進行嚴密的監測，就可能探測得到中微子，而日本在地下存放了5萬噸超純水的目的，就是建造這樣一個「靶子」。

這個項目全稱為「超級神岡中微子探測實驗」（Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment），科學家將超純水裝在一個直徑39.3米、高41.4米的不銹鋼圓柱形容器之內，被深深地埋在日本岐阜縣飛驒市神岡町的一處深達1公里的廢棄礦井中。

為了保證水的純凈度，這里的空氣都是凈化處理過的，而容器里的超純水更是會被不停地進行循環凈化，去除掉其中所有能夠被去除的雜質。科學家認為，在地下1公里處，可以有效地避免地球表面的各種干擾，而超純水又幾乎是完全透明的，這樣就可以大幅度地提高發現中微子的可能性。

當中微子撞上了原子核中的誇克之後，會產生電子和μ子（μ子和電子一樣屬於輕子，其質量大約為電子的200倍，半衰期只有2.2 x 16^-6秒），這些電子和μ子的速度極快，甚至會超過光在水中的速度，在這種情況下，就會產生切連科夫輻射，從而釋放出非常微弱的光信號。

為了探測這些光信號，科學家在這個容器的內壁上設置了1.12萬個光電倍增管（上圖中的金色圓球），其功能是將光信號盡可能地放大（可以高達1億倍）。

在處於工作狀態的時候，這些光電倍增管就像是1萬多隻眼睛一樣在黑暗中「盯」著容器里的超純水，靜靜地等待著某個來自宇宙深空的中微子一頭撞在誇克上所發出的那麼一丁點微光。

如此精心的安排沒有白費，迄今為止，該項目已經多次探測到了中微子，從此拉開了中微子天文學的序幕，而日本科學家也因此獲得了兩個諾貝爾物理學獎（分別為2002年和2015年）。順便講一下，該項目其實還有另外一個目的，那就是探測質子衰變，不過這一目標始終沒有實現。

⑵ 日本在深航礦山下儲存五萬噸的純水的用途是什麼呢

日本在深航礦山下儲存五萬噸的純水的主要作用就是用來探測中微子的，日本的這個探測中微子的裝置叫做超級神岡探測器。

你知道日本在深航礦山下儲存五萬噸的純水的用途是什麼呢？歡迎留言討論。

⑶ 日本在地下存了五萬噸超純水，為什麼他們這么做

中微子是一種非常難捕捉的粒子。它可以輕易地穿過宇宙中的物質而不帶電，幾乎不留痕跡。每秒鍾都有數千億個中微子穿過人體，但人永遠感受不到。尋找中微子最好的方法是使用「超神幫」這樣的探測器。

中微子雖然速度快，質量小，但通過純水時會留下微弱的痕跡。這種被稱為切倫科夫輻射的現象就是尋找中微子的訣竅。水越純凈，這種輻射就越明顯。這就是為什麼日本把水藏在一個近千米深的礦井裡。

太陽、地球、核反應堆、超新星爆發、宇宙誕生的大爆炸等。都產生大量的中微子。它們以接近光速的速度飛行。根據物理理論，每秒鍾有1000萬億個宇宙中微子穿過一個人的身體。由於中微子幾乎不與物質發生反應，發生反應的概率很小，所以需要建造一個巨大的探測器來「捕捉」它，「超神幫」就是在這樣的背景下誕生的。

中國有江門中微子實驗用的2萬噸液體閃爍探測器，建在廣東省江門市開平市大石山、金雞鎮、赤水鎮。大石山距離陽江和泰山反應堆只有53公里，符合距離反應堆60公里左右的要求，因為反應堆出來的中微子在這里有最明顯的振盪效應。

⑷ 日本在地下儲存了大量超純水，他們這是要干什麼

因為他們在礦山1000米的地下建立了一個非常大的工程，這是一個非常奇怪的設施，大約高41.4米，直徑超過了39米，是一個不銹鋼圓形柱的容器。

這個設備非常特殊，它並不是一個對外開放的池子，而是一個非常大的容器，這個容器當中需要進行定期的過濾，保持一定的清潔度，時時刻刻都有工作人員通過監控，對水質進行觀察和監測，這5萬噸的超純水填滿整個池子就需要兩周的時間，容器也是經過特製的，在它的內壁上還有11,200個光電倍增管。通過這一儀器和5萬噸超純水，可以探測到質子衰變，以及大氣中的中微子，通過這些發現，可以觀測到宇宙當中超新星的爆發，可以說這是一個微型的宇宙觀察器。

那麼什麼是中微子呢？在自然界當中它無處不在，可以任意的在宇宙和地球中穿梭，被稱為是最高能的中微子，才確定了中微子的存在，它還有可能是來自於太陽系之外的產物，而這些超純水就是為了檢測到中微子的存在，只因油水保持足夠的清潔度才可以觀察到中微子的出現，因為它的出現以及離開是轉瞬即逝的，如果水中有任何一點污染高能中微子就無法被監測到。因為在中微子，穿過水面之後會留下一定的殘渣。

⑸ 「超純水」是怎樣的，日本為何要在地下儲存了五萬噸

「超純水」是怎樣的，日本為何要在地下儲存了五萬噸？

如果我們要問哪裡的水是最清澈的，那麼答案大概率就是東京大學在日本岐阜縣飛驒市神岡町茂住礦山地下1000米處修建的超級神岡探測器，在這里儲存在5萬噸超純水。這5噸超純水的純凈程度幾乎是人類技術所能夠做到的極限，沒有任何雜質、離子甚至是沒有任何空氣溶解在水中。那麼問題來了，為什麼在這地下1000米深度儲存5萬噸超純水，到底有什麼用意呢？

⑹ 日本建造巨大的圓柱體不銹鋼容器來盛放26萬噸超純水，這么做有何目的

日本製造的容器是探測宇宙中非常神秘的中微子的尖端科學儀器，被稱為超新疆中微子探測器。今後將建設的是世界上最大的中微子探測器3354的頂級新疆探測器。至於為什麼要使用這么多超純水，這與中微子的特性有關。根據粒子物理標准模型，中微子是電中性的基本粒子。中微子的靜態質量接近0。也就是說，他們的運動速度足以達到光速。那麼，如何檢測中微子呢？為什麼為了找到中微子，又會移動這么大呢？據目前所知，自然界所有力量的相互作用可以歸結為四種基本自然力3354強核力、弱核力、電磁力和重力。粒子之間出現這四種基本相互作用時，就能感知它們的存在。

專家們說能以與光速相當的速度快速穿過地球的庚子。因此，對我們人類具有很高的研究價值，去年日本在地下1800米處儲存了足有6億美元的26萬噸99.999999%的超凈水。這水很純，可以說沒有雜質。我們也知道淡水完全不需要藏在地下1800米。因為目前世界科技和武器中幾乎沒有能傷害地下1800米深的武器。所以在很多人看來，日本的這個操作簡直是一頭霧水。日本在黃天正的毛礦建造了1000米以下的大規模項目。當時，該地區有5萬噸100%的超純水地區，為了建造超級升港探測器，這些超純水的存在實際上是對中微子進行詳細研究和觀察的研究工具。

⑺ 日本在地下存了五萬噸水，究竟是為何

這個問題先說答案，日本這五萬噸水是為了做物理實驗，探測並捕獲中微子的，項目名稱「超級神岡」，下面有說一下為何需要這五萬噸純凈水。

中微子普遍存在，但難以捕捉

太陽、地球、核反應堆、超新星爆發、宇宙誕生的大爆炸等都產生大量的中微子。它們以接近光速飛行。據物理理論，每一秒鍾，穿過一個人身體，有1000萬億個宇宙中微子。因為中微子幾乎不與物質發生反應，發生反應的概率很小，因此需要建造龐大的探測器來「捕捉」它，」超級神岡「就是在這樣的背景誕生的。

超級神崗誕生

超級神崗源於神岡實驗，神岡實驗採用了3千噸純凈水和1千個極其靈敏、能夠探測到單個光子的光電倍增管。實驗初衷是為了尋找質子衰變，但卻有意外收獲，發現大氣中微子反常，物理理論用中微子振盪解釋大氣中微子反常。科學理論需要實證，因此日本政府批准了「超級神岡」項目，採用了5萬噸純凈水，13000個光電倍增管，這就是5萬噸水的由來。當然超級神岡也不負眾望，測到了足夠的大氣中微子，最終證實了中微子振盪理論。

世界上有不同的中微子探測器

5萬噸純凈水要求超級純，非常難得，但加拿大在一個地下2100米的鎳礦中建造了薩德伯里實驗用昂貴的重水來替代，從核電公司借了1千噸、價值約100億人民幣的重水，這也是很豪的。

各個有實力的國家也紛紛加入中微子探測器行列，，美國採用1-4萬噸液氬探測器的加速器實驗，印度採用5萬噸鐵的INO實驗，韓國1.8萬噸液閃實驗，美國在南極的PINGU實驗，法國在地中海的ORCA實驗等。

中國的中微子探測實驗

中國有採用2萬噸液閃探測器的江門中微子實驗，建於廣東江門開平市金雞鎮、赤水鎮一帶的打石山，打石山正好位於距陽江和台山反應堆等距的53公里處，符合位於距反應堆約60公里的要求，因為這個位置來自反應堆的中微子在此處振盪效應最明顯。

當然作為中微子探測器的旗艦，「超級神岡」也是要升級的，採用了100萬噸純凈水，變身為「超超級神岡實驗」，是不是發現5萬噸水也是小巫見大巫了！

日本在地球存儲的5萬噸水其實是為探測中微子服務的，這些毫無雜質的純水屬於超級神岡探測器的一部分

中微子是一種極難被捕捉到的粒子，不帶電的它可以輕松穿過宇宙中的物質，並且幾乎不留下痕跡，每秒種都有數千億上萬億中微子穿過人體，但人是絕對感覺不到的，而尋找到中微子最好的手段就是藉助類似「超級神岡」這樣的探測器。

中微子雖然速度快而且質量小，但它在穿越純水時會留下微弱的痕跡，這種被稱為契忍可夫輻射的現象就是尋找中微子的訣竅，純水越多這種輻射就會越明顯，這就是為什麼日本在近千米的礦井深處藏水的真相。

事實上這五萬噸純水也比較爭氣，1987年2月的神岡探測器和美國的中微子探測器一起接收到了新星1987A爆發時產生的中微子，這也是首次探測到的太陽系外中微子，90年代時又投資1億美元把神岡升級為「超級神岡」，五萬噸純水就是這時候加進去的，1998年領導超級神岡探測器的日本科學家小柴昌俊首次確認了中微子震盪現象，於2002年獲得了諾貝爾物理學獎。

不只是日本，我國在大亞灣也同樣擁有中微子探測裝置，主要目標是探測臨近的大亞灣核電站進行核反應時產生的中微子，其主體部分也被包裹在純水中。

物理學發展到今天已經離不開高技術設備的支持，除去中微子探測器外，物理學家們還擁有造價上百億美元的大型強子對撞機，這些高 科技 設備一起讓人類的物理學不斷進步

其實這個裝置叫超級神崗探測器，重要是用於探測中微子的，和我國的大亞灣探測一樣。

探測中微子一定要用100%的純水，任何雜質都不能有。

中微子被稱之為宇宙的隱身者，因為它不帶電，所以不會與物質發生電磁相互作用。這也導致中微子可以輕易穿透地球。

當然，中微子也可以輕易穿透水，那為什麼探測中微子還需要純水呢？

這是由於中微子在穿透純水的時候會留下痕跡，也就是契忍可夫輻射。並會留下藍色的輝光。

如果純水的體積越大，那麼留下的契忍可夫輻射就越明顯。就更易研究中微子的規律。

日本的神崗探測器在一個神達1000米的礦井中。

其設備的高度有41米，長度39米。理論上可以裝滿5萬噸的純水。只要研究太陽發出中微子，以及質子衰變效應。

日本後續計劃用該實驗裝置研究超新星爆發，依舊更多宇宙中微子。

這就要求該裝置升級，後續日本政府打算在兩年後在此基礎上建立更加巨型的探測器。

當然神崗探測器已經為日本人囊收了一次諾獎。也就是證實了中微子在反應堆中的震盪。該項目領軍科學家小蔡昌俊也因此獲得2002年諾貝爾物理學獎。