超純水為什麼可以探測中微子

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 日本要在地下1800米，存放26萬噸超純水，有什麼目的

1982年，在一座廢棄多年的礦山之下1000米，日本斥資1億美元，耗時多年建造了一個直徑和高度大約為40米的圓柱體不銹鋼容器，裡面裝著5萬噸的超純水，其純度高達99.999999%。

2020年，日本又斥資6億美元，在地下1800米的地方，開始建造更為龐大的圓柱體不銹鋼容器，計劃7年建成。新容器的直徑和高度大約為70米，其中能夠裝下多達26萬噸的超純水。

超級神岡探測器的發現不僅在於開啟了一門全新的天文學分支——中微子天文學，而且還能為預警超新星爆發提供了可能。雖然中微子的速度略慢於光速，但它們先被釋放出來，早於伽馬射線暴3小時抵達地球。

研究中微子，還有助於探測極為神秘的暗物質，因為中微子有可能是一種暗物質粒子。超級神岡探測器已經取得了一系列重大發現，多位物理學家因此而獲諾貝爾物理學獎。有了超級神岡的經驗，日本正在建造更為靈敏的中微子探測器，也就是頂級神岡探測器，它能為我們揭開更多的前沿物理學之謎。

⑷ 據說5萬噸純凈水被日本藏在地下，20年一滴未用，背後究竟有何目的

這些超純水是用來搞科研的，不是用來喝的。這些水的科技價值是非常大的，所以一直被藏在日本的地下，沒有被浪費。

現在基礎科學是越來越重要了，許多的研究也開始從基礎找方面。例如這種超純水，就是為了尋找中微子而研究出來的，而且中微子其實就是最基礎的物質之一，所以現在各國都在大力發展基礎科學。

⑸ 日本在地下1000米深處，儲存了5萬噸超純水，20多年來目的何在

日本作為一個島國， 自然資源並不豐富，經常要向別國進口石油、煤炭 ，但凡事都有利有弊，日本雖然極度缺乏工業原料，但卻是個水資源大國。

在世界水資源匱乏的現在，水資源已經成為世界性的問題。但 日本作為一個水資源大國，卻在一個偏遠城市的地下藏起了5萬噸超純水 ，這是怎麼回事？難道說又是日本的陰謀嗎？

日本為什麼要儲存這么多超純水？

超純水，顧名思義就是超級純凈的水， 電阻率達到18 MΩ*cm（25 ）的水就稱之為超純水 。超純水並不常見，一般只有在實驗室才會用到。

因為這種水， 除了水分子外，幾乎沒有什麼雜質， 不僅沒有細菌，也沒有人體所需的礦物質微量元素。如果意外喝下去，還會引起細滲透壓變化，導致細胞膨脹甚至破裂，對人體造成損傷。

那日本儲存這么多的超純水來做什麼？這些水又不能喝。答案是， 為了探測中微子 。

在上個世紀80年代，日本為了探測質子衰變，在岐阜縣的一個廢棄礦山的礦井中，修建了一個名叫 「神岡核子衰變實驗」的神秘建築， 完工後整個建築呈圓柱形，高16米，直徑15.6米，裝有3000噸水和大約1000隻光電倍增管。

起初因為靈敏度不夠，沒有達到探測目的，就在1985年開始擴建，這極大地提高了探測器的靈敏度。於是在87年2月，神岡探測器與美國的探測器共同發現了 大麥哲倫星雲中超新星1987A爆炸時產生的中微子， 這是人類首次探測到太陽系以外的天體產生的中微子。

這次探測給了日本研究人員極大地鼓舞，又對實驗室進行了擴建，耗資1億美元建造了更大的探測器，也就是今天的「 超級神岡探測器」 。其中的探測物質從3000噸超純水，增加到50000噸超純水，各方面全面升級，可謂是鳥槍換炮。

1996年，「超級神岡探測器」正式被投入使用，探測范圍從原來的探測質子的衰變，擴展到尋找太陽、地球大氣的中微子， 並觀測銀河系內的超新星爆發。

自1998年，超級神岡探測器開始發布中微子探測結果起， 就給日本科學界帶來了多個諾貝爾物理學獎桂冠 ，例如小柴昌俊（2002年）以及梶田隆章（2015年）。

什麼是中微子？

現代科學證實， 人類所在的物質世界，是由各種基本粒子構成的， 中微子也是組成自然界的基本粒子之一，是輕子的一種。

不過中微子卻有著非常奇特的性質， 雖然它的數量之多，在宇宙中無處不在，但卻基本不與其他物質進行相互作用，是個中性物質， 因此就算每秒鍾通過我們眼睛的中微子數十億計，我們也渾然不覺，被稱為宇宙「隱身人」。

最初提出中微子設想的是匈牙利物理學家泡利，當時的科學家在研究β衰變（即原子核輻射出電子轉變成另一種核）時，發現在這個過程中有一部分能量不知去向。於是開始開始質疑能量守恆定律，但年僅30歲的泡利堅信能量守恆定律，於是提出非凡的猜想：在此過程中， 必定還有一種不帶電的、質量極小的與物質相互作用極弱，以至於無法探測到的新粒子放出來，是它帶走了那一部分能量。 他把這種未知的粒子叫做「小中子」，就是現在說的「中微子」。

1942年，美國物理學家艾倫按照我國物理學家王淦昌提出的方法， 首次通過實驗間接證實了中微子的存在。

在泡利提出「中微子假說」後的26年後，也就是1956年美國加利福尼亞大學萊因斯教授帶領的團隊，通過把400升醋酸鎘水溶液作為靶液，放入新投入使用的核反應堆中（作中微子源），每小時測得2.8個中微子，這個結果與泡利的理論預測完全一致。 因為在實驗中直接觀測到了中微子，萊因斯於1995年獲得諾貝爾獎。

中微子，作為宇宙中的基本粒子之一， 它們的速度非常接近光速，而且個頭小、不帶電，只參與非常微弱的弱相互作用和引力相互作用。 而且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。

因為中微子，不與其他物質反應的性質，導致科學界花費了接近30年才直接觀測到中微子。直到後來，科學家發現，中微子在水中穿行時，又極小的概率與水中的氫原子與氧原子發生反應。由於光在水中的速度只有真空中的75%，而接近光速的中微子，在水中的速度比光還快， 中微子在水中的「超光速」會發出一種獨特的輻射光，切倫科夫輻射光。

而日本之所以會在地深處1000米的地方裝上5萬噸超純水， 一個是為了更好地與中微子反應，另一個就是為了避免接收到出中微子外其他的宇宙射線， 保證中微子發出的切倫科夫輻射光能被准確的記錄下來。

為了記錄這些輻射光，科學家在超級神岡探測器的內壁上 設置了1.12萬個光電倍增管 ，其功能是 將輻射光信號盡可能地放大（可以高達1億倍） 。工作時，這一萬多個光電倍增管就是一萬多隻眼睛，它們在黑暗中忠實的記錄著中微子在超純水中反應發出的切倫科夫輻射光信號。

事實證明這個裝置十分有效，不僅首次 觀測到超新星爆發時散射的中微子 ，還觀測到來自太陽系的中微子。

是的，這些會「隱身」的中微子就是來自於太陽。 太陽這個巨大的恆星，相當於一個大型的熱核反應堆，無時不刻進行著聚變反應， 向宇宙散發出無數的中微子，因為地球沒有完全接受到來自太陽的中微子，所以無法估計中微子的數量有多大。

根據物理學家的研究表明， 太陽每產生3個光子就會伴隨產生兩個中微子， 但在相當長的時間里，地球上觀測到的中微子數量只有理論的三分之一，這就是美國科學家戴維斯發現太陽中微子失蹤之謎，他也因此獲得了2002年的諾獎。

我們不禁會想這剩下的三分之二的中微子跑到哪裡去了，憑空消失了嗎？直到1987年觀測到的一場超新星爆炸，那些產生的中微子並沒有像太陽中微子一樣消失了三分之二， 於是科學界猜想，中微子可能不止一種，而是有三種，並且相互之間還可以互相轉化， 這就是日本東京大學教授小柴昌俊提出的「中微子震盪」假設。在2001年加拿大SNO實驗也證實了失蹤的太陽中微子轉換成了其它中微子。證實了中微子之間可以互相轉化，並且中微子的數量不止一種。

現代科學研究告訴我們， 中微子的種類上限為3，即有3種中微子。 除了上述發現的電子型中微子之外，還有μ型中微子（1962年發現）和τ型中微子（1975年發現），每一種中微子都有相同的反中微子。

中微子的作用

一、獲得恆星內部的消息

因為中微子是質量極小的不帶電的基本粒子。它廣泛存在於宇宙的每一個角落， 平均每立方厘米就有300個左右，比其他所有的粒子多出數十億倍， 對整個宇宙有著舉足輕重的地位。

而且因為它幾乎不與一般的物質產生相互作用，在恆星內部的中微子可以不受拘束地跑出恆星表面，因此只要探測到這些來自於恆星內部的中微子可以獲得有關其內部的信息。 得到太陽、超新星乃至整個宇宙內部的演化過程和內部結構的規律。

二、地質學

此外，由於中微子與物質相互作用的截面會隨著中微子能量的提升能增大，利用高能加速器對中微子進行加速，產生的定向照射地層，與地層物質性互作用相互作用會產生內局部震動， 能夠實現對深層地質的掃描和勘探。

而且地球內部的放射性元素衰變也會產生中微子， 捕捉這些中微子就可以得到地球內部結構的精確數據和演進規律， 讓埋在地球深處的奧秘一覽無遺。

三、核反應過程的診斷

也許中微子最明顯的應用就是在核反應堆中。這一領域正在積極發展，並基於這些粒子正在創建各種感測器，從而能夠實時監測核電站反應堆的功率，並了解其燃料的復合成分。

四、軍事領域

1、 中微子雷達

因為核反應會產生大量的中微子，中微子可以輕易地穿透各種障礙物。所以通過中微子信號的探測可以發展出中微子雷達，實現對深海核潛艇和地下核設施的精準定位。

2、中微子武器

主要用於銷毀敵人的核武器庫。利用加速產生的中微子束定向照射核材料，可以將核材料點燃和銷毀。

3、中微子天文學

通過中微子可以任意穿行恆星內外之間，通過研究這些中微子，可以發現甚至非常遙遠天體的屬性。因為任何恆星，其本質上都有一個熱核反應堆，它們都會發射出大量的中微子。在研究過程中，科學家發現，隨著恆星年齡的增長，它形成的粒子的數量在逐漸減少。在「臨終時刻」，恆星會失去高達90%的中微子，這就是為什麼中微子開始冷卻的原因。

4、通訊方式

在這一領域，中微子還沒有被真正使用，因為這些技術只停留在理論上。從1970年起美國就有科學家開始研究以中微子為載體的通信技術，因為中微子可以無障礙地任意穿行在事物內部，所以這就極大地促進數據在任何地方的傳輸，到地球的任何地方，甚至到達地表深處，認為中微子可以勝任全球點對點無線直連以及地面和深海之間電磁波難以完成的通信任務。而且這種通信技術還不會對人體造成輻射傷害，可以說是一種清潔、高效的電子通信方式。

結語

人類的 科技 在不斷的進步，從預言中微子到發現，最終證實中微子的存在，科學界花了一個世紀的時間， 但目前我們對於中微子還知之甚少。

日本在2019年發布將升級超級神岡探測器，為儲水26億噸的頂級神岡探測器，將擁有數倍超級神岡探測器的實力， 我國的江門中微子實驗，將最早於2022年開始收集數據， 這個位於地下700多米深的中微子探測設施將進一步揭開中微子的神秘面紗。

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。

⑻ 日本在地下1000米，暗藏5萬噸「超純水」，20多年來目的何在

基本粒子作為研究世界本質奧秘的對象，基於已經發現的粒子，人們提出了標准模型，能夠較好地揭示一些待發現粒子的性質。在人類已彎世經找到的基本粒子中，中微子算得上是十分神秘的存在。

因為要捕獲到它們十分困難，中微子尺度很小，而且又不帶電，能夠穿透地球而難以被阻擋。要探測到這樣的微粒，對於實驗條件的要求極高。日本在這一塊算得上有領先優勢，日本的科研實力很強，獲得的諾貝爾獎在各國中都排名靠前。

為了研究中微子，早在上世紀50年代，日本就啟動了尋找中微子的計劃。中微子很難人工製造產生，利用加速器，人類可以撞擊粒子獲得新的粒子。然而像中微子這樣的細微粒子，即使產生了也發現不了。

它能穿透沿途的任何物質，不受電磁力的影響，只有引力能對其進行作用。但因為質量極小，所以引力效應可以忽略。不過人們發現中微子有一種特殊的現象，就是在穿過超純水的時候，有一定概率會跟水發生反應。

反應的概率很小，和水反應會發出輻射光，通過檢測產生的光，就能得知中微子的存在。要保證能夠發現其蹤跡，就需要儲備足夠多的超純水。

日本為此打造了50000噸超純水探測器，日本國內沒有多少高山，想要建造野巧中微子探測器，難度很大。不過它的技術條件已經達到了，有足夠靈敏度的光探測器，能夠檢測到中微子和水作用產生的很微弱的沖擊波。

地表條件不適宜，日本研究人員就將方向投向了地下。他們在神岡町找到了一個廢棄礦井，將實驗場所選在了1000米的地下。較厚的地層能夠阻擋大部分宇宙射線。而中微子作為一種特殊粒子，它能穿透地球，所以即使在1000米的地下，也能檢測到宇宙中的中微子。

中微子很小概率會跟水發生反應，為了找到細微的痕跡，日本研究團隊一開始准備的探測器儲備了幾千噸超純水。經過20年時間的探測，在1987年發現了中微子。

後來又對探測器進行了擴建，儲備的超純水增加到了50000噸。更多的儲備提高了發現中微子的可能性，2019年日本決定再次建造一個升級版的探測器，之前日本就因為在中微子領域的研究，獲得了兩次諾貝爾獎。

這次的升級版探測器，儲備的超純水提升到了26萬噸。探測設備也做了升級換代，精度相比上一代探測器更高，提高了10倍。日本打造規模更大的探測器，目的很明顯是想在中微子研究領域繼續保持領先，它還將在中頌鬧鍵微子領域取得諾貝爾獎。

升級版的探測器預計將於2026年完成。每一次更新換代提升規模，花費的時間越來越長。要想獲得更多的觀測結果，就需要盡可能提高超純水的儲量。之後再升級就是儲備上百萬噸超純水，要獲得這么多超純水，也不是一件容易事。

超純水的要求很高，需要經過蒸餾去離子化等步驟。存儲的超純水越多探測精度越高，而規模一旦加大到了一定程度，不僅影響因素會增加，而且所需的場地也十分浩大。在地下挖一個能容納百萬噸超純水的場所，確實也是一項浩大的工程。

日本的探測器設計使用年限在20年，下次要建造中微子探測器，得等到本世紀中葉。而它在中微子研究領域的投入越來越大，未來還將發現更多關於中微子的奧秘。

⑼ 日本為什麼存超純水

主要是為了探測中微子的。

在1000米深的廢棄礦井裡建造了一棟相當於15層樓高的神秘建築，把它命名為「超級神岡探測器」，主要是為了探測中微子，因為我們平時所飲用的自來水都是帶有一定微量元素的，而純水是指只有水分子的水，不含任何其他的元素，這樣的水質特點給予了它探尋中微子的能力。

對彎好襪神岡觀測台投入了一億美元建造了更大的探測器，也就是今天所說的「超級神岡探測器」，探測器探測物質增加到了 50000 噸高度純凈的水，並且在各方面襪襲都有了極大的進步，尤其是探測的靈敏度。

如何探測中埋激微子？

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」。

⑽ 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。