寶貝狐

好多人看到這個問題的感覺一定是：日本是不是又有什麼陰謀？其實並不是，這就是一個探測中微子的大型實驗設備。

因為中微子是輕子的一種，它幾乎不與任何物質發生反應，地球上每天都有大量的中微子“穿過”，它們主要來自太陽、超新星爆發等。

這個探測器的主要部分就是是一個高40米、直徑40米的不鏽鋼圓柱形的容器，在這個容器裡裝有5萬噸100%的超純水。這個純水可以用來幹什麼？難道是防火？

前邊已經說了中微子幾乎不與任何物質發生反應，幾乎只參與弱相互作用。我們的身體每天都有大量的中微子穿過，人類探測它們很困難，但也並不是沒有辦法。中微子入射到探測器後會產生電子和μ子，而中微子探測器中的光電管便可偵測出它們的切連科夫輻射，而超純水就是接受中微子的介質。

切連科夫輻射

這個輻射最早由蘇聯的物理學家切連科夫在1934年發現，當高速帶電粒子在介質中穿行時，如果速度大於該介質中的光速，那麼就會產生一種方向性很強的光輻射，很容易被辨別出來。

好多國家都有類似的中微子探測器，日本的這個中微子探測器的發現已經讓多位科學家獲得了諾貝爾物理學獎。

科學黑洞

日本確實在地下放了一個大水箱，裡面存儲著5萬噸的水。但這些水並不是當作居民用水或飲用水來備用的。這些水也不是普通的水，而是高純度的水，用來探測中微子，通俗講這些水就是搞科研用的。

那麼日本到底是在研究什麼，需要這麼多純淨的水呢？要回答這個問題首先要明白以下幾個概念。

什麼是中微子？

所謂中微子是基本粒子的一種，具有非常強的穿透力，並且質量非常輕，只有電子質量的百萬分之一。正是因為它非常小，而且不帶電，並且可以以接近光速穿過任意物質，包括地球和人的身體也可以隨意穿過，才導致了這種粒子極難捕捉。據估計，每秒大約有1000萬億個中微子穿過人的身體。科學家還把它稱為宇宙中的“隱身人”。

科學家是如何探測到中微子的？

前面提到中微子和別的物質相互作用力非常小，而且還不能被宇宙射線干擾到，所以探測中微子的探測器往往都在地下。

而日本的這個探測裝置主要是探測來自太陽的中微子，當中微子通過水槽的時候，因為水中氫原子核的數量非常多，也就增加了碰撞幾率，碰撞發生之後，會產生光子，科學家通過光電倍增管探測器捕獲到，轉換成數據就可以分析了。

中微子作為基本粒子，我們對它的瞭解還少之又少，我們甚至無法確定中微子的質量和大小，以及缺少中微子振盪的兩個數據，所以科學家對中微子的研究依然在繼續。

星球上的科學

二戰之後，雖然日本成為了戰敗國，可是科研的腳步從來沒有停止過，如果不是那些戰爭狂人一時間說漏了嘴，我們都不知道日本早已掌握了研製原子彈的技術，只要材料足夠，分分鐘便可以造出數枚原子彈。

作為一個這麼危險而且野心不死的國家，日本還在揹著世人做一些什麼其他的研究呢？

其實，為了搞一些秘密科研，日本的地下早已被挖空了，其中已經被曝光了用途，但更多的還是個秘密，在這麼多秘密設施中，有一個特別奇怪，僅僅就是個大水庫，裡面儲備了5萬噸水。

難道真的像電影《日本沉沒》裡所說，日本政府真的是為了防止全島沉沒之後而做的事先準備嗎？

不過，真相披露出來之後，所有人都大跌眼鏡，這個水庫是為了探測中微子用的。

建水庫探測中微子？不是開玩笑吧。

還真別不信，因為這五萬噸水不是一般的水，而是高純度水，裡面不含有任何雜質。在地球上，只有通過高純度水，才能捕捉到中微子穿過地球時候留下的痕跡。

在20世紀初時，科學家在進行反射性研究時發現β波衰變過程中有一部分質量始終對不上，於是大科學家泡利提出了這是因為有一種和光子不同的粒子吸走了一部分能量並快速逃逸，他把這種新的粒子命名為“中微子”。

這種粒子幾乎不與任何物質發生反應，後來科學家研究發現只有穿過高純度液態水時，才會發生輻射現象，於是全世界各地都建立了各種水庫捕捉中微子，不過由於體量太小，都沒能成功捕捉。

這時東京大學的小柴昌俊教授看準了機會，在說服校方後，他帶人在日本岐阜縣的神岡郊外找到了一處深達1000米的廢棄地下礦井，這種與世隔絕的地方非常適合進行探測。

當所有項目完工後，他們將5萬噸經過提煉的純淨水倒了下去並在1996年開始了第一次觀測，兩年之後他們就獲得了令人驚喜的成果，這位教授和他的團隊觀測到了中微子振盪。在2002年他們又證明了核反應堆產生的中微子也會發生震盪。

這個觀測結果有多厲害呢，複雜的理論就不說了，但是可以告訴大家，繼續研究下去，也許很快我們就能破解宇宙的起源。因為這個世界級的發現，這位教授也獲得了諾貝爾獎。

如今的日本還在地下鼓搗著各類科學研究，而這些科研的運轉是要消耗大量資金的，看來經濟的緩慢發展對其科研幾乎沒有造成衝擊，不過希望這些科研都是造福人類，不要用作軍事用途，不然聰明反被聰明誤，終將自釀苦果。

策神歷史

日本的確在地下深達1000米的廢棄礦坑中存了5萬噸水，這些水還是高度純淨的水，是超級神岡中微子探測項目的組成部分，為探測神秘的中微子而建造。

中微子是基本粒子的一種，由於體積質量十分微小，與其它物質的作用就不很明顯，因此有極強的穿透力，可以自由地穿越人體、建築，甚至可以穿透整個地球，很少一部分會和其它物質粒子相互作用，觀測中微子有助於研究恆星的演化和活動特點，也由於其和其它物質的作用不是很明顯，很難被捕捉觀測。還因為地面上有大量的宇宙輻射，探測中微子就要屏蔽宇宙射線流，只有深埋於底下的探測器才可以更好地捕捉。因此現代世界上建造的大型中微子探測器都位於地下，我國也已經在設計相應的設施，最終也是要建設在地下的。

題主說的日本在地下儲存了5萬噸水，就是日本超級神岡中微子探測項目的組成部分，該實驗是日本東京大學在岐阜縣飛驒市神岡町的茂住礦山一個深達1000米的廢棄砷礦中建造的大型中微子探測器。其目標是探測質子衰變以及被設計來尋找太陽、地球大氣的中微子，並觀測銀河系內超新星爆發。這5萬噸水是高度純淨的水，當中微子通過這個水槽時，由於水中氫原子核的數目極其巨大，兩者發生撞擊的幾率相當高。碰撞發生時產生的光子被周圍的光電倍增管捕獲、放大，並通過轉換器變成數字信號送入計算機，供科學家們分析。

目前世界上的中微子探測器基本都是建造在地下，或者在南極鑽探冰層將探測器置於冰層下，目前已經深入冰層下2.5公里，我國預計要建設包括一個2萬噸的水箱的中微子探測器，這些設施雖然大，但是建造價格卻比較低。

來看世界呀

日本在地球存儲的5萬噸水其實是為探測中微子服務的，這些毫無雜質的純水屬於超級神岡探測器的一部分

中微子雖然速度快而且質量小，但它在穿越純水時會留下微弱的痕跡，這種被稱為契忍可夫輻射的現象就是尋找中微子的訣竅，純水越多這種輻射就會越明顯，這就是為什麼日本在近千米的礦井深處藏水的真相。

事實上這五萬噸純水也比較爭氣，1987年2月的神岡探測器和美國的中微子探測器一起接收到了新星1987A爆發時產生的中微子，這也是首次探測到的太陽系外中微子，90年代時又投資1億美元把神岡升級為“超級神岡”，五萬噸純水就是這時候加進去的，1998年領導超級神岡探測器的日本科學家小柴昌俊首次確認了中微子震盪現象，於2002年獲得了諾貝爾物理學獎。

不只是日本，我國在大亞灣也同樣擁有中微子探測裝置，主要目標是探測臨近的大亞灣核電站進行核反應時產生的中微子，其主體部分也被包裹在純水中。

物理學發展到今天已經離不開高技術設備的支持，除去中微子探測器外，物理學家們還擁有造價上百億美元的大型強子對撞機，這些高科技設備一起讓人類的物理學不斷進步

宇宙探索未解之迷

其實這個裝置叫超級神崗探測器，重要是用於探測中微子的，和我國的大亞灣探測一樣。

探測中微子一定要用100%的純水，任何雜質都不能有。

中微子被稱之為宇宙的隱身者，因為它不帶電，所以不會與物質發生電磁相互作用。這也導致中微子可以輕易穿透地球。

當然，中微子也可以輕易穿透水，那為什麼探測中微子還需要純水呢？

這是由於中微子在穿透純水的時候會留下痕跡，也就是契忍可夫輻射。並會留下藍色的輝光。

如果純水的體積越大，那麼留下的契忍可夫輻射就越明顯。就更易研究中微子的規律。

日本的神崗探測器在一個神達1000米的礦井中。

其設備的高度有41米，長度39米。理論上可以裝滿5萬噸的純水。只要研究太陽發出中微子，以及質子衰變效應。

日本後續計劃用該實驗裝置研究超新星爆發，依舊更多宇宙中微子。

這就要求該裝置升級，後續日本政府打算在兩年後在此基礎上建立更加巨型的探測器。

當然神崗探測器已經為日本人囊收了一次諾獎。也就是證實了中微子在反應堆中的震盪。該項目領軍科學家小蔡昌俊也因此獲得2002年諾貝爾物理學獎。

科學認識論

日本在地下存了五萬噸水，究竟是為何？

咋一看還以為是日本又要搞啥陰謀了，當然作為有原罪的日本讓各位有這樣先入為主的感覺也並無不當，但這從這地下五萬噸水的角度聯想，很明顯這是日本一個探測中微子的科研項目“超級神岡探測器”的主體探測部分！那麼吃瓜群眾有話要說了，你騙鬼呢！中微子都能穿透地球，那“一桶水”有個毛用啊！你還別說，真有用！

熟悉核反應堆藍色輝光的朋友馬上就知道這是切倫科夫輻射，這是在介質中運動的物質超過光在這種介質中的運動速度時發出的一種電磁輻射，特徵就不用說了，上圖那藍幽幽的恐怖光芒就是，但可以放心會發出輻射並不是這種光！它是1934年前蘇聯物理學家切倫科夫發現，因此以他的名字命名了這種輻射！

超級神岡探測器結構示意圖，非常明顯，為隔離其他穿透力極強的宇宙射線影響，這些設施都位於極深的地下！

而鑲嵌在內壁的一個個半透明玻璃球則是11200個極為敏感的光電探測器，而這個巨大的容器內部可以存放超過5萬噸的純水！探測原理就是“切倫科夫輻射”，因為中微子不會有任何物質阻擋它的前進，因此無論在什麼物質中它的速度基本不會改變（中微子極其接近光速）！而光在水中的速度則只有真空中約75%，因此從表面上來看中微子在水中是超過光的速度前進的，因此所經之處會發出切倫科夫輻射！

通過光電探測器探測到的倫科夫輻射環,這就是隱藏在深深的地下卻能窺探到宇宙奧秘的中微子天文學！超新星1987A爆發時產生的中微子就被神岡探測器和美國的中微子探測器一起接收到！在上世紀九十年代神岡探測器又經過升級成了上文中的超級神岡探測器！另中微子探測也讓日本在諾貝爾獎上有所斬獲，1998年領導中微子探測的日本科學家小柴昌俊首次確認了中微子震盪現象，並在2002年時獲得了諾貝爾物理學獎。

基礎科學研究的突破越來越離不開超級設備與工程的支持，我國在中微子探測方面也在追趕腳步，大亞灣核電站深處的岩層下就有超級陣列的中微子探測設備，當然原理一樣！但研究的目標主要是核電站本身所產生的中微子！

大亞灣項目的建造目標也是為了進一步研究中微子振盪！

星辰大海路上的種花家

日本在地下存的5萬噸水並不是普通的水，而是用於探測中微子的高純度水，因為只有幾乎不含任何雜質的高純度水才能忠實的反應出“鬼魅”般的中微子穿透痕跡。

日本東京大學在岐阜縣飛驒市神岡町找到了一處深達1000米的廢棄礦井，這種與世隔絕的地下環境非常適合進行中微子探測，因此東京大學就在這裡建立了“超級神岡探測器”，上個世紀90年代順便倒進去了5萬噸純水。

19世紀末到20世紀初物理學家們在進行反射性研究時發現β衰變過程中有一部分質量始終對不上，1930年泡利提出這種β衰變過程中能量的不守恆是因為有一種和光子不同的新粒子帶走了一部分能量，而這種粒子被命名為“中微子”。

計算表明每秒中都有一千萬億個中微子穿透人體和其他所有物質，但它幾乎不與任何物質發生反應，只有通過液態水時會發生契倫科夫輻射現象，因此日本想要探測接近光速運動的中微子只能用巨量高純水。

從成果上來看超級神岡探測器無疑是非常成功的，1996年開始觀測後1998年就得到了中微子震盪的第一個確切證據，2002年證明了反應堆產生的中微子也會發生震盪，項目負責人小柴昌俊因此獲得了2002年的諾貝爾物理學獎。

現代物理學研究想要取得突破性進展，高昂費用的實驗設備是必不可少的，和歐洲的大型強子對撞機和未來我國的大型對撞機比起來日本的超級神岡探測器並不怎麼震撼。

宇宙觀察記錄

其實，日本在地下儲存五萬噸純淨水的目的，不是搞什麼陰謀詭計，而主要是為了做一項研究，捕獲中微子。其實美國等這國家也在做這樣的類似研究。研究的目的就是為了能想實現中微子穿過的一瞬間。但是前提就是在“無雜質的純淨水中”，而且還是巨量的純淨水，日本為了實現這個研究，所以就花費了二十年的時間，儲蓄了五萬噸的純淨水。

到目前為止，日本科學家雖然還沒有真正捕捉到中微子的穿過的瞬間，但是儀器的顯示都感受到了中微子的振盪，也確認了中微子的真實存在，地下的五萬噸純淨水以及二十年的等待以及研究，就是為了看到中微子真正穿過的那一刻。

捕獲中微子實驗具有重要的意義，因為中微子它不僅在微觀世界最基本的規律中起著重要作用，而且與宇宙的起源與演化有關，例如宇宙中物質與反物質的不對稱很有可能是由中微子造成。我國在江門和大亞灣也進行了相應實驗，表明人類在探索物質本質及其運動規律方面的腳步一往向前。

優美生態環境保衛者

與此前有關報道的日本大量儲備石油、天然氣、稀土以及煤炭等戰略資源不同，目前日本在地底下儲存的50000噸純水不是作為戰略儲備，而是日本東京大學的小柴、戶冢、梶田三師徒共同創建的超級神岡探測器。

超級神岡探測器之所以要儲存這五萬噸100%的超純水，主要是探測質子衰變以及被設計用來來尋找太陽、地球大氣的中微子，並觀測銀河系內超新星爆發。

為了達到這一探測目的，日本於1983年在位於日本本州島中部，距名古屋北30公里、大阪東150公里、東京西300公里，且具有“森林之國”、“山水之國”美譽的岐阜縣境內建造了超級神岡探測器。為了阻隔其他宇宙射線的影響，該探測器建在位於一個廢礦地底下約3300英尺處（1000米），設施的主體是一個高41.4米、直徑39.3米的不鏽鋼圓柱形的容器，其高度幾乎與15層樓相當，而僅內部探測器盛水的“水箱”直徑為33.8米、高度為36.2米，體積約為3.14*（33.8/2）²*36.2=32464.72立方米。

不僅如此，神岡實驗室資深學術顧問小柴昌俊還領導團隊在不鏽鋼圓柱形容器的內壁上安裝有11200個光電倍增管，利用超級神岡探測器龐大的體積和無任何汙染的超純水，並結合用於中微子個頭小、不帶電，且以接近光速運動，並且可自由穿過地球的特性，探測高速中微子在水中通過時產生的切倫科夫輻射。

經過一系列的觀察和研究，超級神岡探測器可謂是碩果累累，它使得小柴昌俊團隊在探測宇宙中微子和發現宇宙X射線源方面取得較高成就，並因此於2002年獲得諾貝爾物理學獎。與此同時，超級神岡探測器還製造了數個諾貝爾物理學獎等級的成果。

為了是科學研究更加深入，在超級神岡探測器既有1000億日元（約為60以人民幣）投入上，日本政府還打算打造升級版超級神岡探測器，屆時將會有哪些新的成果出現呢，讓我們拭目以待吧！

關鍵字: 中微子 科學 輕子