探测中微子为什么用纯水

⑴ 日本在地下存放了5万吨超纯水，他们的目的是什么

顾名思义，所谓超纯水就是指非常纯净的水，电阻率达到18兆欧姆·厘米（25 ）的水就可以称为超纯水。为什么水的纯净度会与电阻率有关呢？这是因为水本身是电的不良导体，水中的杂质越少，电阻率就越大，相应的其导电性能就越小。

尽管超纯水在自然界中是不存在的，但人类却可以自己动手来制备，通常来讲，超纯水的制备量都很少，不过凡事都有例外，日本东京大学的科学家就在地下存放了5万吨超纯水。那么他们的目的是什么呢？答案就是探测宇宙中的“隐身粒子”——中微子。

中微子是宇宙中的一种基本粒子，它们的运动速度通常都非常接近光速，强相互作用力和电磁力都不会对中微子产生作用，而由于中微子的质量又极小（一般小于电子质量的100万分之1），因此引力对它的作用也几乎等于零，也就是说，四大基本力中有三种都对中微子无效。

弱相互作用力对中微子有效，不过这种力的作用距离极短（小于10^-17米），这个范围其实就是原子核内的夸克层面。简单来讲就是，只有中微子直接撞上了原子核内的夸克，科学家才有可能探测得到它们，那这种概率有多大呢？我们不妨来看一下数据。

原子、夸克和中微子直径的数量级分别为为10^-10米、10^-18米和10^-20米，也就是说，如果把中微子放大成一颗直径1厘米的小球，那么按照相同的比例放大，原子的直径就有10万公里，而位于这个原子中心的夸克的直径则却有1米。

由此可见，中微子击中夸克的概率可以说低得令人发指，所以在绝大多数时候，中微子都是直接穿过原子，我们根本就察觉不到，正因为如此，中微子也被称为“隐身粒子”。

宇宙里中微子的数量相当巨大，对我们地球人而言，平均每秒钟就有数十万亿个中微子穿过我们的身体。由此可见，尽管中微子撞上夸克的概率极低，但在如此多的中微子里，仍然可能会有极少的一部分会与地球上的物质产生互动。

因此科学家只需要建造一个巨大的“靶子”，并对其进行严密的监测，就可能探测得到中微子，而日本在地下存放了5万吨超纯水的目的，就是建造这样一个“靶子”。

这个项目全称为“超级神冈中微子探测实验”（Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment），科学家将超纯水装在一个直径39.3米、高41.4米的不锈钢圆柱形容器之内，被深深地埋在日本岐阜县飞驒市神冈町的一处深达1公里的废弃矿井中。

为了保证水的纯净度，这里的空气都是净化处理过的，而容器里的超纯水更是会被不停地进行循环净化，去除掉其中所有能够被去除的杂质。科学家认为，在地下1公里处，可以有效地避免地球表面的各种干扰，而超纯水又几乎是完全透明的，这样就可以大幅度地提高发现中微子的可能性。

当中微子撞上了原子核中的夸克之后，会产生电子和μ子（μ子和电子一样属于轻子，其质量大约为电子的200倍，半衰期只有2.2 x 16^-6秒），这些电子和μ子的速度极快，甚至会超过光在水中的速度，在这种情况下，就会产生切连科夫辐射，从而释放出非常微弱的光信号。

为了探测这些光信号，科学家在这个容器的内壁上设置了1.12万个光电倍增管（上图中的金色圆球），其功能是将光信号尽可能地放大（可以高达1亿倍）。

在处于工作状态的时候，这些光电倍增管就像是1万多只眼睛一样在黑暗中“盯”着容器里的超纯水，静静地等待着某个来自宇宙深空的中微子一头撞在夸克上所发出的那么一丁点微光。

如此精心的安排没有白费，迄今为止，该项目已经多次探测到了中微子，从此拉开了中微子天文学的序幕，而日本科学家也因此获得了两个诺贝尔物理学奖（分别为2002年和2015年）。顺便讲一下，该项目其实还有另外一个目的，那就是探测质子衰变，不过这一目标始终没有实现。

⑵ 日本在深航矿山下储存五万吨的纯水的用途是什么呢

日本在深航矿山下储存五万吨的纯水的主要作用就是用来探测中微子的，日本的这个探测中微子的装置叫做超级神冈探测器。

你知道日本在深航矿山下储存五万吨的纯水的用途是什么呢？欢迎留言讨论。

⑶ 日本在地下存了五万吨超纯水，为什么他们这么做

中微子是一种非常难捕捉的粒子。它可以轻易地穿过宇宙中的物质而不带电，几乎不留痕迹。每秒钟都有数千亿个中微子穿过人体，但人永远感受不到。寻找中微子最好的方法是使用“超神帮”这样的探测器。

中微子虽然速度快，质量小，但通过纯水时会留下微弱的痕迹。这种被称为切伦科夫辐射的现象就是寻找中微子的诀窍。水越纯净，这种辐射就越明显。这就是为什么日本把水藏在一个近千米深的矿井里。

太阳、地球、核反应堆、超新星爆发、宇宙诞生的大爆炸等。都产生大量的中微子。它们以接近光速的速度飞行。根据物理理论，每秒钟有1000万亿个宇宙中微子穿过一个人的身体。由于中微子几乎不与物质发生反应，发生反应的概率很小，所以需要建造一个巨大的探测器来“捕捉”它，“超神帮”就是在这样的背景下诞生的。

中国有江门中微子实验用的2万吨液体闪烁探测器，建在广东省江门市开平市大石山、金鸡镇、赤水镇。大石山距离阳江和泰山反应堆只有53公里，符合距离反应堆60公里左右的要求，因为反应堆出来的中微子在这里有最明显的振荡效应。

⑷ 日本在地下储存了大量超纯水，他们这是要干什么

因为他们在矿山1000米的地下建立了一个非常大的工程，这是一个非常奇怪的设施，大约高41.4米，直径超过了39米，是一个不锈钢圆形柱的容器。

这个设备非常特殊，它并不是一个对外开放的池子，而是一个非常大的容器，这个容器当中需要进行定期的过滤，保持一定的清洁度，时时刻刻都有工作人员通过监控，对水质进行观察和监测，这5万吨的超纯水填满整个池子就需要两周的时间，容器也是经过特制的，在它的内壁上还有11,200个光电倍增管。通过这一仪器和5万吨超纯水，可以探测到质子衰变，以及大气中的中微子，通过这些发现，可以观测到宇宙当中超新星的爆发，可以说这是一个微型的宇宙观察器。

那么什么是中微子呢？在自然界当中它无处不在，可以任意的在宇宙和地球中穿梭，被称为是最高能的中微子，才确定了中微子的存在，它还有可能是来自于太阳系之外的产物，而这些超纯水就是为了检测到中微子的存在，只因油水保持足够的清洁度才可以观察到中微子的出现，因为它的出现以及离开是转瞬即逝的，如果水中有任何一点污染高能中微子就无法被监测到。因为在中微子，穿过水面之后会留下一定的残渣。

⑸ “超纯水”是怎样的，日本为何要在地下储存了五万吨

“超纯水”是怎样的，日本为何要在地下储存了五万吨？

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？

⑹ 日本建造巨大的圆柱体不锈钢容器来盛放26万吨超纯水，这么做有何目的

日本制造的容器是探测宇宙中非常神秘的中微子的尖端科学仪器，被称为超新疆中微子探测器。今后将建设的是世界上最大的中微子探测器3354的顶级新疆探测器。至于为什么要使用这么多超纯水，这与中微子的特性有关。根据粒子物理标准模型，中微子是电中性的基本粒子。中微子的静态质量接近0。也就是说，他们的运动速度足以达到光速。那么，如何检测中微子呢？为什么为了找到中微子，又会移动这么大呢？据目前所知，自然界所有力量的相互作用可以归结为四种基本自然力3354强核力、弱核力、电磁力和重力。粒子之间出现这四种基本相互作用时，就能感知它们的存在。

专家们说能以与光速相当的速度快速穿过地球的庚子。因此，对我们人类具有很高的研究价值，去年日本在地下1800米处储存了足有6亿美元的26万吨99.999999%的超净水。这水很纯，可以说没有杂质。我们也知道淡水完全不需要藏在地下1800米。因为目前世界科技和武器中几乎没有能伤害地下1800米深的武器。所以在很多人看来，日本的这个操作简直是一头雾水。日本在黄天正的毛矿建造了1000米以下的大规模项目。当时，该地区有5万吨100%的超纯水地区，为了建造超级升港探测器，这些超纯水的存在实际上是对中微子进行详细研究和观察的研究工具。

⑺ 日本在地下存了五万吨水，究竟是为何

这个问题先说答案，日本这五万吨水是为了做物理实验，探测并捕获中微子的，项目名称“超级神冈”，下面有说一下为何需要这五万吨纯净水。

中微子普遍存在，但难以捕捉

太阳、地球、核反应堆、超新星爆发、宇宙诞生的大爆炸等都产生大量的中微子。它们以接近光速飞行。据物理理论，每一秒钟，穿过一个人身体，有1000万亿个宇宙中微子。因为中微子几乎不与物质发生反应，发生反应的概率很小，因此需要建造庞大的探测器来“捕捉”它，”超级神冈“就是在这样的背景诞生的。

超级神岗诞生

超级神岗源于神冈实验，神冈实验采用了3千吨纯净水和1千个极其灵敏、能够探测到单个光子的光电倍增管。实验初衷是为了寻找质子衰变，但却有意外收获，发现大气中微子反常，物理理论用中微子振荡解释大气中微子反常。科学理论需要实证，因此日本政府批准了“超级神冈”项目，采用了5万吨纯净水，13000个光电倍增管，这就是5万吨水的由来。当然超级神冈也不负众望，测到了足够的大气中微子，最终证实了中微子振荡理论。

世界上有不同的中微子探测器

5万吨纯净水要求超级纯，非常难得，但加拿大在一个地下2100米的镍矿中建造了萨德伯里实验用昂贵的重水来替代，从核电公司借了1千吨、价值约100亿人民币的重水，这也是很豪的。

各个有实力的国家也纷纷加入中微子探测器行列，，美国采用1-4万吨液氩探测器的加速器实验，印度采用5万吨铁的INO实验，韩国1.8万吨液闪实验，美国在南极的PINGU实验，法国在地中海的ORCA实验等。

中国的中微子探测实验

中国有采用2万吨液闪探测器的江门中微子实验，建于广东江门开平市金鸡镇、赤水镇一带的打石山，打石山正好位于距阳江和台山反应堆等距的53公里处，符合位于距反应堆约60公里的要求，因为这个位置来自反应堆的中微子在此处振荡效应最明显。

当然作为中微子探测器的旗舰，“超级神冈”也是要升级的，采用了100万吨纯净水，变身为“超超级神冈实验”，是不是发现5万吨水也是小巫见大巫了！

日本在地球存储的5万吨水其实是为探测中微子服务的，这些毫无杂质的纯水属于超级神冈探测器的一部分

中微子是一种极难被捕捉到的粒子，不带电的它可以轻松穿过宇宙中的物质，并且几乎不留下痕迹，每秒种都有数千亿上万亿中微子穿过人体，但人是绝对感觉不到的，而寻找到中微子最好的手段就是借助类似“超级神冈”这样的探测器。

中微子虽然速度快而且质量小，但它在穿越纯水时会留下微弱的痕迹，这种被称为契忍可夫辐射的现象就是寻找中微子的诀窍，纯水越多这种辐射就会越明显，这就是为什么日本在近千米的矿井深处藏水的真相。

事实上这五万吨纯水也比较争气，1987年2月的神冈探测器和美国的中微子探测器一起接收到了新星1987A爆发时产生的中微子，这也是首次探测到的太阳系外中微子，90年代时又投资1亿美元把神冈升级为“超级神冈”，五万吨纯水就是这时候加进去的，1998年领导超级神冈探测器的日本科学家小柴昌俊首次确认了中微子震荡现象，于2002年获得了诺贝尔物理学奖。

不只是日本，我国在大亚湾也同样拥有中微子探测装置，主要目标是探测临近的大亚湾核电站进行核反应时产生的中微子，其主体部分也被包裹在纯水中。

物理学发展到今天已经离不开高技术设备的支持，除去中微子探测器外，物理学家们还拥有造价上百亿美元的大型强子对撞机，这些高 科技 设备一起让人类的物理学不断进步

其实这个装置叫超级神岗探测器，重要是用于探测中微子的，和我国的大亚湾探测一样。

探测中微子一定要用100%的纯水，任何杂质都不能有。

中微子被称之为宇宙的隐身者，因为它不带电，所以不会与物质发生电磁相互作用。这也导致中微子可以轻易穿透地球。

当然，中微子也可以轻易穿透水，那为什么探测中微子还需要纯水呢？

这是由于中微子在穿透纯水的时候会留下痕迹，也就是契忍可夫辐射。并会留下蓝色的辉光。

如果纯水的体积越大，那么留下的契忍可夫辐射就越明显。就更易研究中微子的规律。

日本的神岗探测器在一个神达1000米的矿井中。

其设备的高度有41米，长度39米。理论上可以装满5万吨的纯水。只要研究太阳发出中微子，以及质子衰变效应。

日本后续计划用该实验装置研究超新星爆发，依旧更多宇宙中微子。

这就要求该装置升级，后续日本政府打算在两年后在此基础上建立更加巨型的探测器。

当然神岗探测器已经为日本人囊收了一次诺奖。也就是证实了中微子在反应堆中的震荡。该项目领军科学家小蔡昌俊也因此获得2002年诺贝尔物理学奖。