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，所谓超纯水是指非常纯净的水，电阻率为18万亿欧姆厘米(25)的水可以称为超纯水。

为什么水的纯度与电阻率有关？这是因为水本身是电的不良导体。水中杂质越少，电阻率越大，电导率越小。

虽然超纯水在自然界是不存在的，但是人类可以自己制备。一般来说，超纯水的量很少，但也有例外。日本东京大学的科学家在地下储存了5万吨超纯水。

那么他们的目的是什么呢？答案是探测宇宙中的“隐形粒子”——中微子。

探测中微子有多难？

中微子是宇宙中的一种基本粒子，其运动速度通常非常接近光速。强相互作用和电磁力不会影响中微子。

由于中微子的质量很小(一般小于电子质量的100万分之一)，引力对它们的影响几乎为零，也就是说，四种基本力中有三种对中微子无效。

弱相互作用力对中微子有效，但这种力的作用距离极短(不到10-17米)，实际上是原子核内的夸克能级。

简单来说，科学家只有直接击中原子核内的夸克，才能探测到中微子。概率有多大？我们来看看数据。

原子、夸克和中微子的直径分别在10-10m、10-18m和10-20m数量级。

也就是说，如果把中微子放大成直径为1厘米的球，那么按照同样的比例，原子的直径就是10万公里，而原子中心的夸克直径是1米。

由此可见，中微子击中夸克的概率可以说是低得可怕，所以在大多数情况下，中微子是直接穿过原子的，我们根本察觉不到。正因为如此，中微子也被称为“隐形粒子”。

如何探测中微子？

宇宙中有大量的中微子。对于我们地球人来说，平均每秒钟有几十万亿个中微子穿过我们的身体。

由此可见，虽然中微子击中夸克的概率极低，但在这么多中微子中，可能仍有极小一部分会与地球上的物质发生相互作用。

因此，科学家只需要建造一个巨大的“目标”，并对其进行严密监控，就可以探测到中微子，而日本地下储存5万吨超纯水的目的就是为了建造这样一个“目标”。

这个项目被称为“超级神冈中微子探测实验”。

科学家将超纯水放入直径39.3米、高41.4米的不锈钢圆柱形容器中，将其深埋在日本岐阜县飞青市龟冈町一处深1公里的废弃矿井中。

为了保证水的纯度，这里的空气是经过净化的，容器里的超纯水会不断循环使用，去除所有能去除的杂质。

科学家认为，在地下1公里处可以有效避免地球表面的各种干扰，超纯水几乎完全透明，从而大大提高了发现中微子的可能性。

中微子撞击原子核内的夸克时，会产生电子和子(子和电子一样，属于轻子，质量约为电子的200倍，半衰期只有2.2x16-6秒)。

这些电子和子的速度极快，甚至超过了水中的光速。在这种情况下，将产生伦科夫辐射，并释放出非常微弱的光信号。

为了探测到这些光信号，科学家们在这个容器的内壁上设置了11200个光电倍增管(上图中的金色球体)，它们的作用是尽可能地放大光信号(最大可放大1亿倍)。

工作时，这些光电倍增管像一万多只眼睛一样在黑暗中“盯着”容器中的超纯水，静静地等待着一个来自深空的中微子撞击夸克发出的微小光线。

如此精心的安排没有白费。到目前为止，该项目已经多次探测到中微子，从此拉开了中微子天文学的序幕，日本科学家也获得了两次诺贝尔物理学奖(分别在2002年和2015年)。

对了，该项目其实还有另外一个目的，就是探测质子衰变，但这个目的一直没有实现。