为什么超纯水能捕捉中微子

① 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。

② 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。

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④ 日本在地下储存五万吨“超纯水”, 20年未喝一滴, 到底有什么目的

日本把5万吨超纯水存在地底下，20年没有喝一滴，他们的目的就是为了捕捉中微子。日本这个小岛国，虽然他们的国土面积非常小，但是科技确实非常发达的，在很多领域上面已经达到了世界的顶尖水平，而且也算得上是发达国家，有很多地方需要我们中国像他们学习，比如说他们将5万吨水存在地底下，20年前也没有喝这样做的目的就是为了捕捉中微子，肯定很多小伙伴都不知道什么是中微子，而且也不知道他们为什么要将这些多水放在地低下，接下来就在家好好的讲解一下。
对于这件事情你要是有什么好的想法，欢迎写在评论下方，我们一起讨论嘛。

⑤ 日本超纯水储存用来干什么

日本超纯水储存用来探测中微子。

由于超纯水没有任何杂质的分子结构单一，它的质子一般都是基础形态的，每当高速运动的中微子穿过超纯水的质子时，质子会发生不同程度的衰变，从而变成高速运动的电离子。这种电离子的运动速度非常快，甚至会超过光在水里的传播速度。

有时会带来类似于“音爆”的冲击波，而这种衰变和冲击波就是人类现有技术下可以被观测到的，同时也是对中微子探测的一个重要标志。所以，日本在地下千米处储藏的五万吨超纯水的最大目的就是用来探测中微子的。

中微子在超纯水中穿过时会产生一定程度的反应

中微子是组成自然界最基本的粒子之一，是一种不带电荷的中性电子。其实，人类无时无刻不处在中微子的世界之中，它听着陌生，实际离我们近在咫尺，它的神奇之处在于可以以接近光速的速度穿透世间的任何物质，但是几乎不会与这些物质发生作用。

有研究表明，每一秒都有数万亿的中微子在我们的身体中穿过，但我们却丝毫没有觉察到。它的这种功能，就像是隐身术一样，所以，又被称为宇宙之中的“隐身者”。同时，科学家研究发现，几乎不跟其它物质发生作用的中微子，唯独在超纯水中穿过时会产生一定程度的反应。

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⑦ 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。

⑧ 日本将在地下1750米，存放26万吨超纯水，究竟有何目的

水在地球上很常见，地表的七成覆盖着海水，海水的总质量估计高达140亿亿（1.4 10^18）吨。另外，在地下深处1000公里，还隐藏着大量的水，总量估计与地表海水差不多。

但要说真正意义上纯净的水，地球上并没有。在自然界中，水都会或多或少包含一些矿物质、微生物等杂质。不过，日本已经在地下存放了5万吨超纯水，也就是几乎只有水分子（H2O）的水，未来还将会再储存26万吨的超纯水，他们这么做究竟有什么目的呢？

这其实涉及到了追踪宇宙中神秘的“幽灵粒子”——中微子。这是粒子物理标准模型中不可再分割的基本粒子，本身不带电荷，质量极低，以十分接近光速的速度运动。

然而，想要探测到中微子极其困难，因为它们只极为微弱地参与弱相互作用和引力作用。中微子可以非常轻易地穿过诸如地球这样的巨大物体，而不会引起什么反应。

据估计，每秒有100万亿个中微子会穿过人的身体，其中大部分来自于太阳。在太阳的核心区域，氢核聚变产生伽马光子的同时，也会释放出大量的中微子。尽管每时每刻都有大量的中微子穿透我们的身体，但我们无法直接感知到它们的存在。

为了探测到难以捉摸的中微子，需要通过特殊的手段。在地下1公里深的矿山中，日本科学家建造了超级神冈中微子探测器。因为只有远离地表，才能排除掉其他宇宙高能粒子的干扰。而中微子穿透性很强，探测器可以在地下深处来捕捉它们。

除了远离地表，而且还要超纯水。通过特殊的净化系统，去除水中的离子、尘埃颗粒以及微生物等杂质，从而得到基本上只有水分子的超纯水，纯度可达99.999999%。

通常情况下，水可以导电，因为水中包含一些杂质，存在大量自由移动的离子。而超纯水中只有水分子自偶电离产生的少量氢离子和氢氧根离子，其导电性几乎没有，电阻率为18.2 MΩ·cm，可以认为是半绝缘体。

只有去除掉水中的杂质，才有一定概率探测到中微子。当中微子与水分子发生相互作用之后（概率极小），将会释放出速度极快的高能粒子，它们的速度会超过光子在水中传播的速度，从而辐射出波长很短的电磁辐射，这就是切伦科夫辐射。

在超级神冈中微子探测器中，储存着5万吨的超纯水，该研究项目耗资7亿元人民币。未来，日本还要建成超巨型神冈中微子探测器（顶级神冈），其中将会把26万吨超纯水深埋于1750米的地下，新研究项目的耗资将会超过50亿元，建成后将会是世界最大的中微子探测器。

超级神冈探测器于1983年投入使用，它给人类带来了一系列重大科学发现。1987年，超级神冈探测器探测到了大麦哲伦星系（距离16万光年）中的一颗超新星所释放出的中微子，它们比伽马射线暴提前3小时到达地球，这个重要发现给未来预测超新星爆发提供了可能性。

另外，超级神冈探测器还发现了中微子振荡，证明中微子并不像光子那样没有静质量，只是非常低。凭借着这些重大发现，先后有多位物理学家因此获得诺贝尔物理学奖。

预计在2027年，顶级神冈将会投入使用，它的灵敏度比上一代有了大幅提升。到了那时，新一代中微子探测器将有望揭开质子衰变之谜，甚至是宇宙起源之谜。而这一切都离不开看似平常的物质——水。