日本在地下存了五萬噸水,究竟是為何?

寶貝狐


日本在地球存儲的5萬噸水其實是為探測中微子服務的,這些毫無雜質的純水屬於超級神岡探測器的一部分


中微子是一種極難被捕捉到的粒子,不帶電的它可以輕鬆穿過宇宙中的物質,並且幾乎不留下痕跡,每秒種都有數千億上萬億中微子穿過人體,但人是絕對感覺不到的,而尋找到中微子最好的手段就是藉助類似“超級神岡”這樣的探測器。

中微子雖然速度快而且質量小,但它在穿越純水時會留下微弱的痕跡,這種被稱為契忍可夫輻射的現象就是尋找中微子的訣竅,純水越多這種輻射就會越明顯,這就是為什麼日本在近千米的礦井深處藏水的真相。


事實上這五萬噸純水也比較爭氣,1987年2月的神岡探測器和美國的中微子探測器一起接收到了新星1987A爆發時產生的中微子,這也是首次探測到的太陽系外中微子,90年代時又投資1億美元把神岡升級為“超級神岡”,五萬噸純水就是這時候加進去的,1998年領導超級神岡探測器的日本科學家小柴昌俊首次確認了中微子震盪現象,於2002年獲得了諾貝爾物理學獎。

不只是日本,我國在大亞灣也同樣擁有中微子探測裝置,主要目標是探測臨近的大亞灣核電站進行核反應時產生的中微子,其主體部分也被包裹在純水中。


物理學發展到今天已經離不開高技術設備的支持,除去中微子探測器外,物理學家們還擁有造價上百億美元的大型強子對撞機,這些高科技設備一起讓人類的物理學不斷進步


宇宙探索未解之迷


其實這個裝置叫超級神崗探測器,重要是用於探測中微子的,和我國的大亞灣探測一樣。

探測中微子一定要用100%的純水,任何雜質都不能有。


中微子被稱之為宇宙的隱身者,因為它不帶電,所以不會與物質發生電磁相互作用。這也導致中微子可以輕易穿透地球。

當然,中微子也可以輕易穿透水,那為什麼探測中微子還需要純水呢?

這是由於中微子在穿透純水的時候會留下痕跡,也就是契忍可夫輻射。並會留下藍色的輝光。

如果純水的體積越大,那麼留下的契忍可夫輻射就越明顯。就更易研究中微子的規律。

日本的神崗探測器在一個神達1000米的礦井中。

其設備的高度有41米,長度39米。理論上可以裝滿5萬噸的純水。只要研究太陽發出中微子,以及質子衰變效應。

日本後續計劃用該實驗裝置研究超新星爆發,依舊更多宇宙中微子。

這就要求該裝置升級,後續日本政府打算在兩年後在此基礎上建立更加巨型的探測器。

當然神崗探測器已經為日本人囊收了一次諾獎。也就是證實了中微子在反應堆中的震盪。該項目領軍科學家小蔡昌俊也因此獲得2002年諾貝爾物理學獎。


科學認識論


好多人看到這個問題的感覺一定是:日本是不是又有什麼陰謀?其實並不是,這就是一個探測中微子的大型實驗設備。

因為中微子是輕子的一種,它幾乎不與任何物質發生反應,地球上每天都有大量的中微子“穿過”,它們主要來自太陽、超新星爆發等。


日本東京大學在一個廢棄的礦山深處儲存了五萬噸的純水,建造了這個深達1000米的超級神岡中微子探測器,最初的目的是探測質子衰變同時也用來尋找中微子。

這個探測器的主要部分就是是一個高40米、直徑40米的不鏽鋼圓柱形的容器,在這個容器裡裝有5萬噸100%的超純水。這個純水可以用來幹什麼?難道是防火?

前邊已經說了中微子幾乎不與任何物質發生反應,幾乎只參與弱相互作用。我們的身體每天都有大量的中微子穿過,人類探測它們很困難,但也並不是沒有辦法。中微子入射到探測器後會產生電子和μ子,而中微子探測器中的光電管便可偵測出它們的切連科夫輻射,而超純水就是接受中微子的介質。


切連科夫輻射

這個輻射最早由蘇聯的物理學家切連科夫在1934年發現,當高速帶電粒子在介質中穿行時,如果速度大於該介質中的光速,那麼就會產生一種方向性很強的光輻射,很容易被辨別出來。

好多國家都有類似的中微子探測器,日本的這個中微子探測器的發現已經讓多位科學家獲得了諾貝爾物理學獎。



科學黑洞


答:日本在1983年建成的超級神岡探測器,利用5萬噸超純水和上萬根光電倍增管,來探測質子衰變現象,以及捕捉中微子的蹤跡。


超級神岡探測器建設的最初目的,主要是為了探測質子衰變現象,質子衰變一直是粒子物理學的未解之謎,根據理論預言,質子的平均壽命非常長。

超級神岡探測器中的光電倍增管,可以探測到質子衰變時的蹤跡,但是質子半衰期實在太長,導致質子衰變的探測並未獲得成功,該實驗得到的結論是質子平均壽命不低於10^35年,該項目主要目的也調整為中微子探測。


在1987年,距離地球16.3萬光年外的大麥哲倫星雲,爆發了著名SN 1987A超新星事件,視星等一度達到3。

當時全世界有三臺探測器,同時探測到此次超新星爆發的中微子,日本超級神岡探測器探測到11箇中微子,美國探測到8個,俄羅斯探測到5個,時間間隔均小於13秒。


在地球上,每秒都有數千億箇中微子穿過人體,但是中微子的穿透能力極強,中微子的探測非常困難,一般情況下,在一天內,也就幾個中微子能被日本超級神岡探測器捕捉到。

這樣在短短13秒內,就有11箇中微子被捕捉到的情況,肯定有大型天文事件發生,探測器之所以使用5萬噸超純水,是因為高能中微子在穿過超純水時,有可能發生切倫科夫輻射,從而被探測器捕捉到。


SN 1987A是非常有名的超新星爆發事件,其中的亮點在於,中微子的探測時間,比超新星爆發的可見光早到地球3小時。

該現象似乎暗示著中微子比光速快,中微子的超光速之謎一直備受爭議,但是也有解釋說:超新星爆發是從恆星內部開始的,中微子可以毫無阻擋地穿過恆星,而可見光部分的爆發要晚些。

該解釋能幫助天文學家更好地修正超新星爆發的模型,在1998年,日本超級神岡探測器發現中微子震盪證據,相關人員於2015年獲得諾貝爾物理學獎。


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這個問題先說答案,日本這五萬噸水是為了做物理實驗,探測並捕獲中微子的,項目名稱“超級神岡”,下面有說一下為何需要這五萬噸純淨水。

中微子普遍存在,但難以捕捉

太陽、地球、核反應堆、超新星爆發、宇宙誕生的大爆炸等都產生大量的中微子。它們以接近光速飛行。據物理理論,每一秒鐘,穿過一個人身體,有1000萬億個宇宙中微子。因為中微子幾乎不與物質發生反應,發生反應的概率很小,因此需要建造龐大的探測器來“捕捉”它,”超級神岡“就是在這樣的背景誕生的。

超級神崗誕生

超級神崗源於神岡實驗,神岡實驗採用了3千噸純淨水和1千個極其靈敏、能夠探測到單個光子的光電倍增管。實驗初衷是為了尋找質子衰變,但卻有意外收穫,發現大氣中微子反常,物理理論用中微子振盪解釋大氣中微子反常。科學理論需要實證,因此日本政府批准了“超級神岡”項目,採用了5萬噸純淨水,13000個光電倍增管,這就是5萬噸水的由來。當然超級神岡也不負眾望,測到了足夠的大氣中微子,最終證實了中微子振盪理論。

世界上有不同的中微子探測器

5萬噸純淨水要求超級純,非常難得,但加拿大在一個地下2100米的鎳礦中建造了薩德伯裡實驗用昂貴的重水來替代,從核電公司借了1千噸、價值約100億人民幣的重水,這也是很豪的。

各個有實力的國家也紛紛加入中微子探測器行列,,美國採用1-4萬噸液氬探測器的加速器實驗,印度採用5萬噸鐵的INO實驗,韓國1.8萬噸液閃實驗,美國在南極的PINGU實驗,法國在地中海的ORCA實驗等。

中國的中微子探測實驗

中國有采用2萬噸液閃探測器的江門中微子實驗,建於廣東江門開平市金雞鎮、赤水鎮一帶的打石山,打石山正好位於距陽江和台山反應堆等距的53公里處,符合位於距反應堆約60公里的要求,因為這個位置來自反應堆的中微子在此處振盪效應最明顯。

當然作為中微子探測器的旗艦,“超級神岡”也是要升級的,採用了100萬噸純淨水,變身為“超超級神岡實驗”,是不是發現5萬噸水也是小巫見大巫了!

結語

針對題目本身語境,我多說一點題外話,日本在科學技術的許多方面是有領先獨到之處,作為鄰居的我們要客觀看待,不要過分的吹噓和自卑,隨著國家經濟實力提升,我們要相信在科學技術領域,中國也會有越來多旗艦項目誕生的。


科學視野,不同解讀,感謝大家閱讀!


崑崙還東國


存水是為了探測中微子,不止日本,很多國家都有此實驗,不必大驚小怪。



中微子由於基本不具有電磁相互作用且其它作用力也很弱,因此我們“看不到”中微子。但每時每刻單單從我們身體上穿過的中微子都有上千萬億個,如此巨量的中微子我們完全感受不到,因此中微子也被成為宇宙中的“透明人”、“隱身人”。所以想要探測中微子,必須設計一些大型的設備以便收集到足夠的中微子信號進行分析。而日本的神岡實驗室就因而建造了含有五萬噸純水的大型中微子探測設備,發現了大氣中微子異常,因此還獲得了2002年諾貝爾獎。



雖然日本挺討人厭,但有時候我們卻也不得不佩服他們的科學精神。就諾貝爾獎而言,日本已經有多如獲得,而我國卻僅僅有一個屠喲喲獲得了科學方面的獎項。可見我們的科研能力還有待提高,需要學習的地方還很多。而日本高瞻遠矚地建造了這個大型中微子探測器,也說明了人家做科研的魄力和敏感性,這些是我們需要學習的。


科學探秘頻道


突然聽到地下裝了5萬噸的水,而且還是純水,誰都會非常的好奇,地下究竟想幹些什麼呢?

在日本的飛驒市神岡町的茂住廢棄砷礦中有一個名為超級神岡的中微子探測器,該探測器的主要部位就是一個裝滿5萬噸純水的圓柱形容器。

中微子是什麼粒子呢,它是基本粒子的一種,質量非常輕、比電子還輕,以光速在宇宙間運動,不帶電,基本不與其它相互作用產生聯繫,因此探測它需要特別的方法。

由於物質在介質中(比如在純水中)以接近光速運動時會發出一種以短波長為主的電磁輻射(契倫科夫輻射),其輻射的特徵就是一種藍色的光芒,因此,中微子在通過那5萬噸純水時,肯定會留下這種藍色的光芒,從而探測到中微子,並研究其性質。

有這座探測器參與在內的關於中微子的研究結果,使日本科學家斬獲了兩次諾貝爾物理學獎。

個人淺見,歡迎評論!


科幻船塢


題目中說的應該是日本的超級神岡探測器(內部裝有五萬噸水),這個科學裝置因探測中微子以及證實了著名的中微子振盪而出名。

可能有些朋友感到疑惑,為什麼探測中微子的裝置需要用到五萬噸超純水呢?

中微子探測,聽上去是多麼的高大上,而且中微子幾乎不與物質發生反應(僅參與弱相互作用和引力相互作用),光用水就能生效了?

還真是這樣,原理就是利用中微子與水的相互作用,產生的次級粒子(電子)運動速度超過了水中的光速,由此產生切倫科夫輻射(散發出藍色光芒被內部的光電倍增管探測)。當然了,探測中微子的辦法並不是只有這一種,這裡就不多舉例了。

所以說,這五萬噸水完全是科學研究所用,並沒有什麼其它含義。

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賽先生科普


我們公司一個月用13萬噸水,5萬噸水水費也就15萬。日本國存價值15萬人民幣的水,這很多麼?


天龍百科全書王語嫣


什麼都要問個為什麼?我就問問,五萬噸很多嗎?


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