日本在地下1000米处,囤积了5万吨超纯水,这样做的目的是什么?

2024-03-01 16:53     今日头条

日本在地下1000米处,囤积了5万吨超纯水,这样做的目的是什么?

在日本的岐阜县,有一座废弃矿山,下到1000米深处,你一定会被眼前的景象震撼到。这是一个高41.4米,直径39.3米的圆柱形不锈钢容器,内壁上密密麻麻地分布着金色圆球,里面还盛放着5万吨超纯水。


  • 超纯水是什么?为什么日本要将它埋在这里呢?

超纯水,顾名思义,就是纯到除了水,什么都没有。没有悬浮的杂质,没有溶解的离子,甚至没有溶解的空气。而这种纯度的水在自然界中根本不存在,因此,只能通过科技手段制备超纯水。它不导电,电阻率达到18兆欧姆·厘米,是一种优良的绝缘体。

理论上的超纯水分子构成

而之所以将超纯水埋藏在这里,是因为这个装置并不是一个简单的容器,而是用来探测"中微子"的"超级神冈探测器"。

  • 中微子是什么?

中微子是一种速度接近光速,质量极轻的粒子,对于中微子来说,地球就像是透明的,因此,每时每刻,都有无数中微子穿过地球,可是它们并不会与地球上的物体进行互动,人们也就很难察觉到它们的踪迹,因此,中微子也被称为宇宙间的"隐身人"。

当然,也有特殊情况存在,如果中微子与原子核发生碰撞,就会释放出轻粒子,而轻粒子会进一步产生"契伦科夫辐射",即在介质中的运动速度超过光时,释放的一种电磁辐射,它会闪耀着蓝色辉光。

契伦科夫辐射

  •  如何找到中微子?

我们需要看到"契伦科夫辐射"。其实,将探测器建在1000米深的地下,就基本隔绝了宇宙射线和人类活动的干扰,再加上超纯水的内部没有杂质,也就不会影响契伦科夫光的产生,而满墙的金色圆球其实是一万多个"光电倍增管",它们可以把光信号放大1亿倍,即使再微弱的光芒也能被这些眼睛看到。

想象一下,在千米深的地下,有一大桶水和一万多只眼睛,它们日夜守候,只为观察一个粒子在撞上另一个粒子时发出的微光,多少有了一些浪漫和孤寂的意味。

  • 人类为什么要苦苦找寻中微子呢?

首先,我们的宇宙产生于137亿年前的一次大爆炸,在爆炸的瞬间就产生了无数的中微子,找到它们就可能找到最早期的宇宙信息。

其次,科学家相信,在大爆炸之处同时产生了物质世界和反物质世界,只是后来反物质世界消失了,而广泛存在于物质世界中的中微子,就包含着解开这个谜团的重要信息。

物质世界和反物质世界

再者,超新星爆发时,中微子会带走99%的能量,它们或许能告诉我们超新星爆发的机制……


目前,日本正在筹备建设一个规模更大的中微子探测器--顶级神冈,它的储水量高达26万吨,是超级神冈的5倍多,水池壁上更是安装了4万多个光电倍增管,预计在2026年开始收集数据。而我国建设的"江门中微子实验"也将于2022年完成,它会接替"大亚湾反应堆中微子实验",继续投身于中微子的研究当中。

大亚湾反应堆中微子实验

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