100%純的水存在嗎?為什麼日本在地下1000米,存儲5萬噸超純水?

黄朔 2022/02/11 檢舉 我要評論

在日本的岐阜縣,有一座廢棄礦山,下到1000米深處,你一定會被眼前的景象震撼到。這是一個高41.4米,直徑39.3米的圓柱形不銹鋼容器,內壁上密密麻麻地分佈著金色圓球,裡面還盛放著5萬噸超純水。

超純水是什麼?為什麼日本要將它埋在這裡呢?

超純水,顧名思義,就是純到除了水,什麼都沒有。沒有懸浮的雜質,沒有溶解的離子,甚至沒有溶解的空氣。而這種純度的水在自然界中根本不存在,因此,只能通過科技手段製備超純水。它不導電,電阻率達到18兆歐姆·公分,是一種優良的絕緣體。

理論上的超純水分子構成

而之所以將超純水埋藏在這裡,是因為這個裝置並不是一個簡單的容器,而是用來探測「中微子」的「超級神岡探測器」。

中微子是什麼?

中微子是一種速度接近光速,質量極輕的粒子,對于中微子來說,地球就像是透明的,因此,每時每刻,都有無數中微子穿過地球,可是它們並不會與地球上的物體進行互動,人們也就很難察覺到它們的蹤跡,因此,中微子也被稱為宇宙間的「隱身人」。

當然,也有特殊情況存在,如果中微子與原子核發生碰撞,就會釋放出輕粒子,而輕粒子會進一步產生「契倫科夫輻射」,即在介質中的運動速度超過光時,釋放的一種電磁輻射,它會閃耀著藍色輝光。

契倫科夫輻射

如何找到中微子?

我們需要看到「契倫科夫輻射」。其實,將探測器建在1000米深的地下,就基本隔絕了宇宙射線和人類活動的干擾,再加上超純水的內部沒有雜質,也就不會影響契倫科夫光的產生,而滿牆的金色圓球其實是一萬多個「光電倍增管」,它們可以把光信號放大1億倍,即使再微弱的光芒也能被這些眼睛看到。

想象一下,在千米深的地下,有一大桶水和一萬多隻眼睛,它們日夜守候,只為觀察一個粒子在撞上另一個粒子時發出的微光,多少有了一些浪漫和孤寂的意味。

人類為什麼要苦苦找尋中微子呢?

首先,我們的宇宙產生于137億年前的一次大爆炸,在爆炸的瞬間就產生了無數的中微子,找到它們就可能找到最早期的宇宙資訊。

其次,科學家相信,在大爆炸之處同時產生了物質世界和反物質世界,只是後來反物質世界消失了,而廣泛存在于物質世界中的中微子,就包含著解開這個謎團的重要資訊。

物質世界和反物質世界

再者,超新星爆發時,中微子會帶走99%的能量,它們或許能告訴我們超新星爆發的機制……

目前,日本正在籌備建設一個規模更大的中微子探測器——頂級神岡,它的儲水量高達26萬噸,是超級神岡的5倍多,水池壁上更是安裝了4萬多個光電倍增管,預計在2026年開始收集資料。而我國建設的「江門中微子實驗」也將于2022年完成,它會接替「大亞灣反應堆中微子實驗」,繼續投身于中微子的研究當中。

大亞灣反應堆中微子實驗

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