顧名思義(yi) ，所謂超純水就是指非常純淨的水，電阻率達到18兆歐姆·厘米（25℃）的水就可以稱為(wei) 超純水。為(wei) 什麽(me) 水的純淨度會(hui) 與(yu) 電阻率有關(guan) 呢？這是因為(wei) 水本身是電的不良導體(ti) ，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製備，通常來講，超純水的製備量都很少，不過凡事都有例外，日本東(dong) 京大學的科學家就在地下存放了5萬(wan) 噸超純水。那麽(me) 他們(men) 的目的是什麽(me) 呢？答案就是探測宇宙中的“隱身粒子”——中微子。

探測中微子的難度有多大？

中微子是宇宙中的一種基本粒子，它們(men) 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(hui) 對中微子產(chan) 生作用，而由於(yu) 中微子的質量又極小（一般小於(yu) 電子質量的100萬(wan) 分之1），因此引力對它的作用也幾乎等於(yu) 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(yu) 10^-17米），這個(ge) 範圍其實就是原子核內(nei) 的誇克層麵。簡單來講就是，隻有中微子直接撞上了原子核內(nei) 的誇克，科學家才有可能探測得到它們(men) ，那這種概率有多大呢？我們(men) 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(wei) 為(wei) 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，那麽(me) 按照相同的比例放大，原子的直徑就有10萬(wan) 公裏，而位於(yu) 這個(ge) 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(men) 根本就察覺不到，正因為(wei) 如此，中微子也被稱為(wei) “隱身粒子”。

如何探測中微子？

宇宙裏中微子的數量相當巨大，對我們(men) 地球人而言，平均每秒鍾就有數十萬(wan) 億(yi) 個(ge) 中微子穿過我們(men) 的身體(ti) 。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裏，仍然可能會(hui) 有極少的一部分會(hui) 與(yu) 地球上的物質產(chan) 生互動。

因此科學家隻需要建造一個(ge) 巨大的“靶子”，並對其進行嚴(yan) 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(wan) 噸超純水的目的，就是建造這樣一個(ge) “靶子”。

這個(ge) 項目全稱為(wei) “超級神岡(gang) 中微子探測實驗”（Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment），科學家將超純水裝在一個(ge) 直徑39.3米、高41.4米的不鏽鋼圓柱形容器之內(nei) ，被深深地埋在日本岐阜縣飛驒市神岡(gang) 町的一處深達1公裏的廢棄礦井中。

為(wei) 了保證水的純淨度，這裏的空氣都是淨化處理過的，而容器裏的超純水更是會(hui) 被不停地進行循環淨化，去除掉其中所有能夠被去除的雜質。科學家認為(wei) ，在地下1公裏處，可以有效地避免地球表麵的各種幹擾，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(hui) 產(chan) 生電子和μ子（μ子和電子一樣屬於(yu) 輕子，其質量大約為(wei) 電子的200倍，半衰期隻有2.2 x 16^-6秒），這些電子和μ子的速度極快，甚至會(hui) 超過光在水中的速度，在這種情況下，就會(hui) 產(chan) 生切連科夫輻射，從(cong) 而釋放出非常微弱的光信號。

為(wei) 了探測這些光信號，科學家在這個(ge) 容器的內(nei) 壁上設置了1.12萬(wan) 個(ge) 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(yi) 倍）。

在處於(yu) 工作狀態的時候，這些光電倍增管就像是1萬(wan) 多隻眼睛一樣在黑暗中“盯”著容器裏的超純水，靜靜地等待著某個(ge) 來自宇宙深空的中微子一頭撞在誇克上所發出的那麽(me) 一丁點微光。

如此精心的安排沒有白費，迄今為(wei) 止，該項目已經多次探測到了中微子，從(cong) 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(liang) 個(ge) 諾貝爾物理學獎（分別為(wei) 2002年和2015年）。順便講一下，該項目其實還有另外一個(ge) 目的，那就是探測質子衰變，不過這一目標始終沒有實現。


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