日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

文|整點科普

科研對於一個國家的發展具有重要意義,是提高國家綜合實力和國際地位的一項重要事業。

雖然絕大部分科學的前沿領域研究結果對目前的發展來說,實際意義並不大,大多數國家仍願意花費數百億資金,投入數萬名高端科研人員,去做一些看似瘋狂又毫無用處的研究。

比如說,日本爲了一項研究,在池野山地下挖了1000米,建起了一座相當於15層樓高的神祕建築,並存儲了5萬噸超純水,至今已悄悄研究了20多年

1. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

這令人十分好奇,研究了幾十年,他們到底有什麼目的?


廢棄礦井與諾貝爾獎

除德國等西方強國外,日本是獲得諾貝爾獎人數最多的國家,得獎頻次僅次於美國

據數據統計,已有28個日本人獲得諾貝獎,其中包括2個美籍日裔。其中,大部分物理學獎的產生,都與一座廢棄礦井息息相關,例如小柴昌俊、梶田隆章等。

2. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

日本岐阜縣飛驒市神岡町有一座廢棄的礦山,山中有一個深達1000米的廢棄礦井。

上世紀九十年代,東京大學接管這裏後,在礦井裏建起了一個約有15層樓高的神祕建築,取名“超級神岡探測器”

“超級神岡探測器”是日方的高科技探測設備,它除了能探測太陽和地球大氣的中微子,也能觀測銀河系內的超新星爆發,屬於國際頂尖技術領域的範疇了。

3. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

除此之外,這個廢棄的礦井中,還存儲着5萬噸超純水,而日本對此已經研究了20多年。

那麼,這些超純水到底有什麼用?它和超級神岡探測器之間有什麼關係?


“超純水”究竟是什麼水?有什麼作用?

超純水的判斷標準爲:

在25℃的環境下,其電阻率是否大於或等於18MΩ*cm,電阻率越大,說明純度越高。

和一般純淨水、礦泉水不同,生產超純水需要精密又複雜的技術,例如應用蒸餾、去離子化和反滲透技術等。

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所以,它是水之外的水,不屬於有機物,幾乎不含任何雜質、微量元素或化學成分,純度幾乎100%,因而不適合飲用,一般只有實驗室中才會出現。

超純水通常是開發半導體材料、納米精細陶瓷材料的超純材料,也非常適合用來探測微小物質,只要它們出現在探測器的檢測範圍,純水就會立刻有反應。

5. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

而日本在地下1000米深處暗藏5萬噸超純水長達20年時間,就是爲了等待一個“奇蹟”——只有極度純淨的超純水,才能夠看到中微子穿過的那一瞬間的畫面,而這個瞬間所能夠提供很多可能性遠遠超乎人類的想象。

6. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?


日本存儲5萬噸超純水,悄悄研究20多年,有什麼目的?

想了解日本不惜花費20多年時間進行這項研究的原因,就得先了解中微子到底是什麼東西,它爲何值得日本這麼瘋狂。

中微子是組成自然界最基本的粒子,外號“宇宙幽靈”

7. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

光在水中的速度只有真空中的75%,中微子卻能一直保持接近光速的水平飛行,而且幾乎不與任何物質發生相互作用,不受電磁力的影響,能穿透所有物質,質量幾乎爲0。

所以,即便每秒有10萬億個中微子穿過人體,人類也無法直觀地看到,它就像一個隱形的存在。

所以,學界對中微子非常感興趣,日本爲了捕捉到中微子存在的畫面,在超純水的周圍安裝了上萬個光感電器,這項研究一做就是二十多年,他們也在等待着一個奇蹟。

8. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

不過,有科學家在地球的最南邊,南極的冰川下發現了中微子,確認了中微子的存在。日本的科學家雖然沒有直接捕捉到畫面,但是通過超純水感受了中微子的震盪,也算是間接確認了中微子的存在。

研究中微子,對人類未來發展具有非常重要的意義。

9. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

  • 探索外太空:

1987年2月23日,天文學界見證了發生在16萬光年外大麥哲倫星雲中的超新星1987A爆發事件,日本和美國的探測器首次探測到太陽系以外的天體產生的中微子。

物理學界因此提出中微子振盪的理論預測,即中微子有三種,並且它們之間還可以相互轉化。

10. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

1998年,日本超級神岡探測器利用超純水,首次證實了這種猜想,項目負責人小柴昌俊也因此獲得了2002年的諾貝爾物理學獎

假如人類能捕捉到其它恆星發出來的中微子,就可以分析出這個恆星的信息,這對研究宇宙的演化過程和內部結構具有非常重要的作用,加快人類探索外太空的步伐。

11. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

  • 通訊:

中微子不受任何阻礙,假如能夠順利將其運用到通訊上,不論多犄角旮旯的位置,信號也都是滿的,也不會出現信號差的情況。

  • 控制核能:

對於日本來說,解決核污染和核輻射是一個非常嚴峻的問題,如果能夠利用中微子觀測核反應堆的情況,也就實現了控制核能的可能性,這是一件造福全人類的事情。

12. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

所以,日本願意花20多年的時間,甚至以後可能還需要花更多的時間來研究中微子,也是在爲自己尋找一個新的出路。

我國也有關於中微子的研究計劃,江門中微子實驗室擬於2022年開始收集數據,位於地下700多米深的中微子探測設施也可能會給我們帶來諾貝爾物理獎級別的科研成果。

13. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

日本人對於科研似乎有一種執念,這種執念在研究仿真機器人,或者其它工業領域例如汽車等方面都能體現出來。

當然,不論中國還是日本,科研人員正是靠着對未知的執念和強烈的信念才能在一次次失敗中找人類發展更好的道路。

14. 日本在地下1000米深處,存儲了5萬噸超純水,20多年有什麼目的?

即使沿途遍佈荊棘,需要耗盡一生心力,科研之路也永遠有人前赴後繼。

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