超纯水为什么可以探测中微子

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 日本要在地下1800米，存放26万吨超纯水，有什么目的

1982年，在一座废弃多年的矿山之下1000米，日本斥资1亿美元，耗时多年建造了一个直径和高度大约为40米的圆柱体不锈钢容器，里面装着5万吨的超纯水，其纯度高达99.999999%。

2020年，日本又斥资6亿美元，在地下1800米的地方，开始建造更为庞大的圆柱体不锈钢容器，计划7年建成。新容器的直径和高度大约为70米，其中能够装下多达26万吨的超纯水。

超级神冈探测器的发现不仅在于开启了一门全新的天文学分支——中微子天文学，而且还能为预警超新星爆发提供了可能。虽然中微子的速度略慢于光速，但它们先被释放出来，早于伽马射线暴3小时抵达地球。

研究中微子，还有助于探测极为神秘的暗物质，因为中微子有可能是一种暗物质粒子。超级神冈探测器已经取得了一系列重大发现，多位物理学家因此而获诺贝尔物理学奖。有了超级神冈的经验，日本正在建造更为灵敏的中微子探测器，也就是顶级神冈探测器，它能为我们揭开更多的前沿物理学之谜。

⑷ 据说5万吨纯净水被日本藏在地下，20年一滴未用，背后究竟有何目的

这些超纯水是用来搞科研的，不是用来喝的。这些水的科技价值是非常大的，所以一直被藏在日本的地下，没有被浪费。

现在基础科学是越来越重要了，许多的研究也开始从基础找方面。例如这种超纯水，就是为了寻找中微子而研究出来的，而且中微子其实就是最基础的物质之一，所以现在各国都在大力发展基础科学。

⑸ 日本在地下1000米深处，储存了5万吨超纯水，20多年来目的何在

日本作为一个岛国， 自然资源并不丰富，经常要向别国进口石油、煤炭 ，但凡事都有利有弊，日本虽然极度缺乏工业原料，但却是个水资源大国。

在世界水资源匮乏的现在，水资源已经成为世界性的问题。但 日本作为一个水资源大国，却在一个偏远城市的地下藏起了5万吨超纯水 ，这是怎么回事？难道说又是日本的阴谋吗？

日本为什么要储存这么多超纯水？

超纯水，顾名思义就是超级纯净的水， 电阻率达到18 MΩ*cm（25 ）的水就称之为超纯水 。超纯水并不常见，一般只有在实验室才会用到。

因为这种水， 除了水分子外，几乎没有什么杂质， 不仅没有细菌，也没有人体所需的矿物质微量元素。如果意外喝下去，还会引起细渗透压变化，导致细胞膨胀甚至破裂，对人体造成损伤。

那日本储存这么多的超纯水来做什么？这些水又不能喝。答案是， 为了探测中微子 。

在上个世纪80年代，日本为了探测质子衰变，在岐阜县的一个废弃矿山的矿井中，修建了一个名叫 “神冈核子衰变实验”的神秘建筑， 完工后整个建筑呈圆柱形，高16米，直径15.6米，装有3000吨水和大约1000只光电倍增管。

起初因为灵敏度不够，没有达到探测目的，就在1985年开始扩建，这极大地提高了探测器的灵敏度。于是在87年2月，神冈探测器与美国的探测器共同发现了 大麦哲伦星云中超新星1987A爆炸时产生的中微子， 这是人类首次探测到太阳系以外的天体产生的中微子。

这次探测给了日本研究人员极大地鼓舞，又对实验室进行了扩建，耗资1亿美元建造了更大的探测器，也就是今天的“ 超级神冈探测器” 。其中的探测物质从3000吨超纯水，增加到50000吨超纯水，各方面全面升级，可谓是鸟枪换炮。

1996年，“超级神冈探测器”正式被投入使用，探测范围从原来的探测质子的衰变，扩展到寻找太阳、地球大气的中微子， 并观测银河系内的超新星爆发。

自1998年，超级神冈探测器开始发布中微子探测结果起， 就给日本科学界带来了多个诺贝尔物理学奖桂冠 ，例如小柴昌俊（2002年）以及梶田隆章（2015年）。

什么是中微子？

现代科学证实， 人类所在的物质世界，是由各种基本粒子构成的， 中微子也是组成自然界的基本粒子之一，是轻子的一种。

不过中微子却有着非常奇特的性质， 虽然它的数量之多，在宇宙中无处不在，但却基本不与其他物质进行相互作用，是个中性物质， 因此就算每秒钟通过我们眼睛的中微子数十亿计，我们也浑然不觉，被称为宇宙“隐身人”。

最初提出中微子设想的是匈牙利物理学家泡利，当时的科学家在研究β衰变（即原子核辐射出电子转变成另一种核）时，发现在这个过程中有一部分能量不知去向。于是开始开始质疑能量守恒定律，但年仅30岁的泡利坚信能量守恒定律，于是提出非凡的猜想：在此过程中， 必定还有一种不带电的、质量极小的与物质相互作用极弱，以至于无法探测到的新粒子放出来，是它带走了那一部分能量。 他把这种未知的粒子叫做“小中子”，就是现在说的“中微子”。

1942年，美国物理学家艾伦按照我国物理学家王淦昌提出的方法， 首次通过实验间接证实了中微子的存在。

在泡利提出“中微子假说”后的26年后，也就是1956年美国加利福尼亚大学莱因斯教授带领的团队，通过把400升醋酸镉水溶液作为靶液，放入新投入使用的核反应堆中（作中微子源），每小时测得2.8个中微子，这个结果与泡利的理论预测完全一致。 因为在实验中直接观测到了中微子，莱因斯于1995年获得诺贝尔奖。

中微子，作为宇宙中的基本粒子之一， 它们的速度非常接近光速，而且个头小、不带电，只参与非常微弱的弱相互作用和引力相互作用。 而且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。

因为中微子，不与其他物质反应的性质，导致科学界花费了接近30年才直接观测到中微子。直到后来，科学家发现，中微子在水中穿行时，又极小的概率与水中的氢原子与氧原子发生反应。由于光在水中的速度只有真空中的75%，而接近光速的中微子，在水中的速度比光还快， 中微子在水中的“超光速”会发出一种独特的辐射光，切伦科夫辐射光。

而日本之所以会在地深处1000米的地方装上5万吨超纯水， 一个是为了更好地与中微子反应，另一个就是为了避免接收到出中微子外其他的宇宙射线， 保证中微子发出的切伦科夫辐射光能被准确的记录下来。

为了记录这些辐射光，科学家在超级神冈探测器的内壁上 设置了1.12万个光电倍增管 ，其功能是 将辐射光信号尽可能地放大（可以高达1亿倍） 。工作时，这一万多个光电倍增管就是一万多只眼睛，它们在黑暗中忠实的记录着中微子在超纯水中反应发出的切伦科夫辐射光信号。

事实证明这个装置十分有效，不仅首次 观测到超新星爆发时散射的中微子 ，还观测到来自太阳系的中微子。

是的，这些会“隐身”的中微子就是来自于太阳。 太阳这个巨大的恒星，相当于一个大型的热核反应堆，无时不刻进行着聚变反应， 向宇宙散发出无数的中微子，因为地球没有完全接受到来自太阳的中微子，所以无法估计中微子的数量有多大。

根据物理学家的研究表明， 太阳每产生3个光子就会伴随产生两个中微子， 但在相当长的时间里，地球上观测到的中微子数量只有理论的三分之一，这就是美国科学家戴维斯发现太阳中微子失踪之谜，他也因此获得了2002年的诺奖。

我们不禁会想这剩下的三分之二的中微子跑到哪里去了，凭空消失了吗？直到1987年观测到的一场超新星爆炸，那些产生的中微子并没有像太阳中微子一样消失了三分之二， 于是科学界猜想，中微子可能不止一种，而是有三种，并且相互之间还可以互相转化， 这就是日本东京大学教授小柴昌俊提出的“中微子震荡”假设。在2001年加拿大SNO实验也证实了失踪的太阳中微子转换成了其它中微子。证实了中微子之间可以互相转化，并且中微子的数量不止一种。

现代科学研究告诉我们， 中微子的种类上限为3，即有3种中微子。 除了上述发现的电子型中微子之外，还有μ型中微子（1962年发现）和τ型中微子（1975年发现），每一种中微子都有相同的反中微子。

中微子的作用

一、获得恒星内部的消息

因为中微子是质量极小的不带电的基本粒子。它广泛存在于宇宙的每一个角落， 平均每立方厘米就有300个左右，比其他所有的粒子多出数十亿倍， 对整个宇宙有着举足轻重的地位。

而且因为它几乎不与一般的物质产生相互作用，在恒星内部的中微子可以不受拘束地跑出恒星表面，因此只要探测到这些来自于恒星内部的中微子可以获得有关其内部的信息。 得到太阳、超新星乃至整个宇宙内部的演化过程和内部结构的规律。

二、地质学

此外，由于中微子与物质相互作用的截面会随着中微子能量的提升能增大，利用高能加速器对中微子进行加速，产生的定向照射地层，与地层物质性互作用相互作用会产生内局部震动， 能够实现对深层地质的扫描和勘探。

而且地球内部的放射性元素衰变也会产生中微子， 捕捉这些中微子就可以得到地球内部结构的精确数据和演进规律， 让埋在地球深处的奥秘一览无遗。

三、核反应过程的诊断

也许中微子最明显的应用就是在核反应堆中。这一领域正在积极发展，并基于这些粒子正在创建各种传感器，从而能够实时监测核电站反应堆的功率，并了解其燃料的复合成分。

四、军事领域

1、 中微子雷达

因为核反应会产生大量的中微子，中微子可以轻易地穿透各种障碍物。所以通过中微子信号的探测可以发展出中微子雷达，实现对深海核潜艇和地下核设施的精准定位。

2、中微子武器

主要用于销毁敌人的核武器库。利用加速产生的中微子束定向照射核材料，可以将核材料点燃和销毁。

3、中微子天文学

通过中微子可以任意穿行恒星内外之间，通过研究这些中微子，可以发现甚至非常遥远天体的属性。因为任何恒星，其本质上都有一个热核反应堆，它们都会发射出大量的中微子。在研究过程中，科学家发现，随着恒星年龄的增长，它形成的粒子的数量在逐渐减少。在“临终时刻”，恒星会失去高达90%的中微子，这就是为什么中微子开始冷却的原因。

4、通讯方式

在这一领域，中微子还没有被真正使用，因为这些技术只停留在理论上。从1970年起美国就有科学家开始研究以中微子为载体的通信技术，因为中微子可以无障碍地任意穿行在事物内部，所以这就极大地促进数据在任何地方的传输，到地球的任何地方，甚至到达地表深处，认为中微子可以胜任全球点对点无线直连以及地面和深海之间电磁波难以完成的通信任务。而且这种通信技术还不会对人体造成辐射伤害，可以说是一种清洁、高效的电子通信方式。

结语

人类的 科技 在不断的进步，从预言中微子到发现，最终证实中微子的存在，科学界花了一个世纪的时间， 但目前我们对于中微子还知之甚少。

日本在2019年发布将升级超级神冈探测器，为储水26亿吨的顶级神冈探测器，将拥有数倍超级神冈探测器的实力， 我国的江门中微子实验，将最早于2022年开始收集数据， 这个位于地下700多米深的中微子探测设施将进一步揭开中微子的神秘面纱。

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。

⑻ 日本在地下1000米，暗藏5万吨“超纯水”，20多年来目的何在

基本粒子作为研究世界本质奥秘的对象，基于已经发现的粒子，人们提出了标准模型，能够较好地揭示一些待发现粒子的性质。在人类已弯世经找到的基本粒子中，中微子算得上是十分神秘的存在。

因为要捕获到它们十分困难，中微子尺度很小，而且又不带电，能够穿透地球而难以被阻挡。要探测到这样的微粒，对于实验条件的要求极高。日本在这一块算得上有领先优势，日本的科研实力很强，获得的诺贝尔奖在各国中都排名靠前。

为了研究中微子，早在上世纪50年代，日本就启动了寻找中微子的计划。中微子很难人工制造产生，利用加速器，人类可以撞击粒子获得新的粒子。然而像中微子这样的细微粒子，即使产生了也发现不了。

它能穿透沿途的任何物质，不受电磁力的影响，只有引力能对其进行作用。但因为质量极小，所以引力效应可以忽略。不过人们发现中微子有一种特殊的现象，就是在穿过超纯水的时候，有一定概率会跟水发生反应。

反应的概率很小，和水反应会发出辐射光，通过检测产生的光，就能得知中微子的存在。要保证能够发现其踪迹，就需要储备足够多的超纯水。

日本为此打造了50000吨超纯水探测器，日本国内没有多少高山，想要建造野巧中微子探测器，难度很大。不过它的技术条件已经达到了，有足够灵敏度的光探测器，能够检测到中微子和水作用产生的很微弱的冲击波。

地表条件不适宜，日本研究人员就将方向投向了地下。他们在神冈町找到了一个废弃矿井，将实验场所选在了1000米的地下。较厚的地层能够阻挡大部分宇宙射线。而中微子作为一种特殊粒子，它能穿透地球，所以即使在1000米的地下，也能检测到宇宙中的中微子。

中微子很小概率会跟水发生反应，为了找到细微的痕迹，日本研究团队一开始准备的探测器储备了几千吨超纯水。经过20年时间的探测，在1987年发现了中微子。

后来又对探测器进行了扩建，储备的超纯水增加到了50000吨。更多的储备提高了发现中微子的可能性，2019年日本决定再次建造一个升级版的探测器，之前日本就因为在中微子领域的研究，获得了两次诺贝尔奖。

这次的升级版探测器，储备的超纯水提升到了26万吨。探测设备也做了升级换代，精度相比上一代探测器更高，提高了10倍。日本打造规模更大的探测器，目的很明显是想在中微子研究领域继续保持领先，它还将在中颂闹键微子领域取得诺贝尔奖。

升级版的探测器预计将于2026年完成。每一次更新换代提升规模，花费的时间越来越长。要想获得更多的观测结果，就需要尽可能提高超纯水的储量。之后再升级就是储备上百万吨超纯水，要获得这么多超纯水，也不是一件容易事。

超纯水的要求很高，需要经过蒸馏去离子化等步骤。存储的超纯水越多探测精度越高，而规模一旦加大到了一定程度，不仅影响因素会增加，而且所需的场地也十分浩大。在地下挖一个能容纳百万吨超纯水的场所，确实也是一项浩大的工程。

日本的探测器设计使用年限在20年，下次要建造中微子探测器，得等到本世纪中叶。而它在中微子研究领域的投入越来越大，未来还将发现更多关于中微子的奥秘。

⑼ 日本为什么存超纯水

主要是为了探测中微子的。

在1000米深的废弃矿井里建造了一栋相当于15层楼高的神秘建筑，把它命名为“超级神冈探测器”，主要是为了探测中微子，因为我们平时所饮用的自来水都是带有一定微量元素的，而纯水是指只有水分子的水，不含任何其他的元素，这样的水质特点给予了它探寻中微子的能力。

对弯好袜神冈观测台投入了一亿美元建造了更大的探测器，也就是今天所说的“超级神冈探测器”，探测器探测物质增加到了 50000 吨高度纯净的水，并且在各方面袜袭都有了极大的进步，尤其是探测的灵敏度。

如何探测中埋激微子？

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”。

⑽ 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。