為什麼超純水能捕捉中微子

① 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。

② 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。

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④ 日本在地下儲存五萬噸「超純水」, 20年未喝一滴, 到底有什麼目的

日本把5萬噸超純水存在地底下，20年沒有喝一滴，他們的目的就是為了捕捉中微子。日本這個小島國，雖然他們的國土面積非常小，但是科技確實非常發達的，在很多領域上面已經達到了世界的頂尖水平，而且也算得上是發達國家，有很多地方需要我們中國像他們學習，比如說他們將5萬噸水存在地底下，20年前也沒有喝這樣做的目的就是為了捕捉中微子，肯定很多小夥伴都不知道什麼是中微子，而且也不知道他們為什麼要將這些多水放在地低下，接下來就在家好好的講解一下。
對於這件事情你要是有什麼好的想法，歡迎寫在評論下方，我們一起討論嘛。

⑤ 日本超純水儲存用來干什麼

日本超純水儲存用來探測中微子。

由於超純水沒有任何雜質的分子結構單一，它的質子一般都是基礎形態的，每當高速運動的中微子穿過超純水的質子時，質子會發生不同程度的衰變，從而變成高速運動的電離子。這種電離子的運動速度非常快，甚至會超過光在水裡的傳播速度。

有時會帶來類似於「音爆」的沖擊波，而這種衰變和沖擊波就是人類現有技術下可以被觀測到的，同時也是對中微子探測的一個重要標志。所以，日本在地下千米處儲藏的五萬噸超純水的最大目的就是用來探測中微子的。

中微子在超純水中穿過時會產生一定程度的反應

中微子是組成自然界最基本的粒子之一，是一種不帶電荷的中性電子。其實，人類無時無刻不處在中微子的世界之中，它聽著陌生，實際離我們近在咫尺，它的神奇之處在於可以以接近光速的速度穿透世間的任何物質，但是幾乎不會與這些物質發生作用。

有研究表明，每一秒都有數萬億的中微子在我們的身體中穿過，但我們卻絲毫沒有覺察到。它的這種功能，就像是隱身術一樣，所以，又被稱為宇宙之中的「隱身者」。同時，科學家研究發現，幾乎不跟其它物質發生作用的中微子，唯獨在超純水中穿過時會產生一定程度的反應。

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⑦ 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。

⑧ 日本將在地下1750米，存放26萬噸超純水，究竟有何目的

水在地球上很常見，地表的七成覆蓋著海水，海水的總質量估計高達140億億（1.4 10^18）噸。另外，在地下深處1000公里，還隱藏著大量的水，總量估計與地表海水差不多。

但要說真正意義上純凈的水，地球上並沒有。在自然界中，水都會或多或少包含一些礦物質、微生物等雜質。不過，日本已經在地下存放了5萬噸超純水，也就是幾乎只有水分子（H2O）的水，未來還將會再儲存26萬噸的超純水，他們這么做究竟有什麼目的呢？

這其實涉及到了追蹤宇宙中神秘的「幽靈粒子」——中微子。這是粒子物理標准模型中不可再分割的基本粒子，本身不帶電荷，質量極低，以十分接近光速的速度運動。

然而，想要探測到中微子極其困難，因為它們只極為微弱地參與弱相互作用和引力作用。中微子可以非常輕易地穿過諸如地球這樣的巨大物體，而不會引起什麼反應。

據估計，每秒有100萬億個中微子會穿過人的身體，其中大部分來自於太陽。在太陽的核心區域，氫核聚變產生伽馬光子的同時，也會釋放出大量的中微子。盡管每時每刻都有大量的中微子穿透我們的身體，但我們無法直接感知到它們的存在。

為了探測到難以捉摸的中微子，需要通過特殊的手段。在地下1公里深的礦山中，日本科學家建造了超級神岡中微子探測器。因為只有遠離地表，才能排除掉其他宇宙高能粒子的干擾。而中微子穿透性很強，探測器可以在地下深處來捕捉它們。

除了遠離地表，而且還要超純水。通過特殊的凈化系統，去除水中的離子、塵埃顆粒以及微生物等雜質，從而得到基本上只有水分子的超純水，純度可達99.999999%。

通常情況下，水可以導電，因為水中包含一些雜質，存在大量自由移動的離子。而超純水中只有水分子自偶電離產生的少量氫離子和氫氧根離子，其導電性幾乎沒有，電阻率為18.2 MΩ·cm，可以認為是半絕緣體。

只有去除掉水中的雜質，才有一定概率探測到中微子。當中微子與水分子發生相互作用之後（概率極小），將會釋放出速度極快的高能粒子，它們的速度會超過光子在水中傳播的速度，從而輻射出波長很短的電磁輻射，這就是切倫科夫輻射。

在超級神岡中微子探測器中，儲存著5萬噸的超純水，該研究項目耗資7億元人民幣。未來，日本還要建成超巨型神岡中微子探測器（頂級神岡），其中將會把26萬噸超純水深埋於1750米的地下，新研究項目的耗資將會超過50億元，建成後將會是世界最大的中微子探測器。

超級神岡探測器於1983年投入使用，它給人類帶來了一系列重大科學發現。1987年，超級神岡探測器探測到了大麥哲倫星系（距離16萬光年）中的一顆超新星所釋放出的中微子，它們比伽馬射線暴提前3小時到達地球，這個重要發現給未來預測超新星爆發提供了可能性。

另外，超級神岡探測器還發現了中微子振盪，證明中微子並不像光子那樣沒有靜質量，只是非常低。憑借著這些重大發現，先後有多位物理學家因此獲得諾貝爾物理學獎。

預計在2027年，頂級神岡將會投入使用，它的靈敏度比上一代有了大幅提升。到了那時，新一代中微子探測器將有望揭開質子衰變之謎，甚至是宇宙起源之謎。而這一切都離不開看似平常的物質——水。