日本在地下1000米深处储存了5万吨超纯水。20多年的目的是什么?

文|整点科普

科研对于一个国家的发展具有重要意义,是提高国家综合实力和国际地位的一项重要事业。

虽然绝大部分科学的前沿领域研究结果对目前的发展来说,实际意义并不大,大多数国家仍愿意花费数百亿资金,投入数万名高端科研人员,去做一些看似疯狂又毫无用处的研究。

比如说,日本为了一项研究,在池野山地下挖了1000米,建起了一座相当于15层楼高的神秘建筑,并存储了5万吨超纯水,至今已悄悄研究了20多年

日本在地下1000米深处,存储了5万吨超纯水,20多年有什么目的?

这令人十分好奇,研究了几十年,他们到底有什么目的?


废弃矿井与诺贝尔奖

除德国等西方强国外,日本是获得诺贝尔奖人数最多的国家,得奖频次仅次于美国

据数据统计,已有28个日本人获得诺贝奖,其中包括2个美籍日裔。其中,大部分物理学奖的产生,都与一座废弃矿井息息相关,例如小柴昌俊、梶田隆章等。

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日本岐阜县飞驒市神冈町有一座废弃的矿山,山中有一个深达1000米的废弃矿井。

上世纪九十年代,东京大学接管这里后,在矿井里建起了一个约有15层楼高的神秘建筑,取名超级神冈探测器

“超级神冈探测器”是日方的高科技探测设备,它除了能探测太阳和地球大气的中微子,也能观测银河系内的超新星爆发,属于国际顶尖技术领域的范畴了。

除此之外,这个废弃的矿井中,还存储着5万吨超纯水,而日本对此已经研究了20多年。

那么,这些超纯水到底有什么用?它和超级神冈探测器之间有什么关系?


“超纯水”究竟是什么水?有什么作用?

超纯水的判断标准为:

在25℃的环境下,其电阻率是否大于或等于18MΩ*cm,电阻率越大,说明纯度越高。

和一般纯净水、矿泉水不同,生产超纯水需要精密又复杂的技术,例如应用蒸馏、去离子化和反渗透技术等。

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所以,它是水之外的水,不属于有机物,几乎不含任何杂质、微量元素或化学成分,纯度几乎100%,因而不适合饮用,一般只有实验室中才会出现。

超纯水通常是开发半导体材料、纳米精细陶瓷材料的超纯材料,也非常适合用来探测微小物质,只要它们出现在探测器的检测范围,纯水就会立刻有反应。

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而日本在地下1000米深处暗藏5万吨超纯水长达20年时间,就是为了等待一个“奇迹”——只有极度纯净的超纯水,才能够看到中微子穿过的那一瞬间的画面,而这个瞬间所能够提供很多可能性远远超乎人类的想象。

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日本存储5万吨超纯水,悄悄研究20多年,有什么目的?

想了解日本不惜花费20多年时间进行这项研究的原因,就得先了解中微子到底是什么东西,它为何值得日本这么疯狂。

中微子是组成自然界最基本的粒子,外号“宇宙幽灵”

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光在水中的速度只有真空中的75%,中微子却能一直保持接近光速的水平飞行,而且几乎不与任何物质发生相互作用,不受电磁力的影响,能穿透所有物质,质量几乎为0。

所以,即便每秒有10万亿个中微子穿过人体,人类也无法直观地看到,它就像一个隐形的存在。

所以,学界对中微子非常感兴趣,日本为了捕捉到中微子存在的画面,在超纯水的周围安装了上万个光感电器,这项研究一做就是二十多年,他们也在等待着一个奇迹。

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不过,有科学家在地球的最南边,南极的冰川下发现了中微子,确认了中微子的存在。日本的科学家虽然没有直接捕捉到画面,但是通过超纯水感受了中微子的震荡,也算是间接确认了中微子的存在。

研究中微子,对人类未来发展具有非常重要的意义。

日本在地下1000米深处,存储了5万吨超纯水,20多年有什么目的?探索外太空:

1987年2月23日,天文学界见证了发生在16万光年外大麦哲伦星云中的超新星1987A爆发事件,日本和美国的探测器首次探测到太阳系以外的天体产生的中微子。

物理学界因此提出中微子振荡的理论预测,即中微子有三种,并且它们之间还可以相互转化。

1998年,日本超级神冈探测器利用超纯水,首次证实了这种猜想,项目负责人小柴昌俊也因此获得了2002年的诺贝尔物理学奖

假如人类能捕捉到其它恒星发出来的中微子,就可以分析出这个恒星的信息,这对研究宇宙的演化过程和内部结构具有非常重要的作用,加快人类探索外太空的步伐。

日本在地下1000米深处,存储了5万吨超纯水,20多年有什么目的?通讯:

中微子不受任何阻碍,假如能够顺利将其运用到通讯上,不论多犄角旮旯的位置,信号也都是满的,也不会出现信号差的情况。

控制核能:

对于日本来说,解决核污染和核辐射是一个非常严峻的问题,如果能够利用中微子观测核反应堆的情况,也就实现了控制核能的可能性,这是一件造福全人类的事情。

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所以,日本愿意花20多年的时间,甚至以后可能还需要花更多的时间来研究中微子,也是在为自己寻找一个新的出路。

我国也有关于中微子的研究计划,江门中微子实验室拟于2022年开始收集数据,位于地下700多米深的中微子探测设施也可能会给我们带来诺贝尔物理奖级别的科研成果。

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日本人对于科研似乎有一种执念,这种执念在研究仿真机器人,或者其它工业领域例如汽车等方面都能体现出来。

当然,不论中国还是日本,科研人员正是靠着对未知的执念和强烈的信念才能在一次次失败中找人类发展更好的道路。

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即使沿途遍布荆棘,需要耗尽一生心力,科研之路也永远有人前赴后继。

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