1996年,日本岐阜縣飛驒市神岡町的廢棄礦山地下1000米處,一群日本科學(xué)家正往一個個巨型不銹鋼罐里灌水。
這可不是普通自來水,而是比實(shí)驗(yàn)室蒸餾水還要純凈數(shù)萬倍的超純水,這足足有五萬噸,光制造成本就夠買好幾架波音747。
這夠不夠奇怪?更讓人想不通的是,這批水在地下靜悄悄躺了29年,至今仍在"工作"。日本人費(fèi)這么大勁兒,到底在憋著干啥呢?
其實(shí)他們要用這一罐罐"礦泉水"來抓宇宙中最難捉摸的粒子——中微子。
咱們平時喝的礦泉水、純凈水,在科學(xué)家眼里都算"臟水"。真正的超純水(Ultrapure water),那真是水里的“臻品”:除了H?O,其他啥雜質(zhì)都不許有!連一丁點(diǎn)兒灰塵、離子、甚至溶解的空氣分子都不能混進(jìn)去。
打個比方普通純凈水的電阻率頂多0.1兆歐·厘米,超純水呢?18.2兆歐·厘米!簡單說就是純到幾乎不導(dǎo)電,甚至可以清洗電路板。
造這種水,那叫一個燒錢!得用反滲透、離子交換、紫外線殺菌、超濾......一套流程下來,一升成本就要1美元左右。五萬噸啥概念?光制水就得燒掉4億人民幣!
更嬌氣的是儲存,怕熱怕冷怕震動,連呼吸都可能污染它。必須恒溫25℃,還得用特殊不銹鋼罐子密封。所以日本人干脆把它埋地下一千米,那兒冬暖夏涼,除工作人員的其他人根本別想進(jìn)入。
幽靈粒子:每天穿過你身體幾萬億次
花這么大代價,就為抓一種叫中微子的宇宙粒子。這家伙堪稱"宇宙隱形人",小到可以忽略、不帶電、質(zhì)量輕得可憐。
它幾乎不和任何物質(zhì)反應(yīng),每秒有上萬億個中微子穿過你身體,你壓根沒感覺!它能輕松穿透整個地球,跟玩兒似的。
這么"高冷"的粒子,咋抓?科學(xué)家想破腦袋發(fā)現(xiàn):當(dāng)中微子撞上水分子時,有極低概率會產(chǎn)生切倫科夫輻射。簡單說就是會閃出一道微弱的藍(lán)光,就像超音速飛機(jī)突破音障時的閃光。
但普通水太"臟",藍(lán)光容易被干擾。只有超純水純凈得像太空,才能讓這道光清晰傳遞。
地下一千米的"捕魚網(wǎng)"
日本科學(xué)家一合計:整!他們在神岡町的廢棄鋅礦下1000米,建了個超大不銹鋼罐:直徑39.3米,高41.4米,內(nèi)壁鑲著11200個金色"燈泡"(其實(shí)是光電倍增管)。
1996年罐子完工,五萬噸超純水慢慢注入,世界最大中微子探測器"超級神岡"正式開張。地下一千米的巖石擋住了其他宇宙射線干擾,超純水靜靜等著中微子"上鉤"。
當(dāng)中微子撞上水原子,產(chǎn)生的藍(lán)光會被光電管捕捉放大。聽著簡單?實(shí)際上跟買彩票似的,可能等好幾天才中一次獎!但就是靠這笨辦法,他們發(fā)現(xiàn)了大秘密。
一罐水,兩座諾獎,改寫物理課本
1998年,"超級神岡"首次發(fā)現(xiàn)太陽中微子會"變臉"(中微子振蕩),證明中微子有質(zhì)量,直接把物理課本給改了。負(fù)責(zé)人小柴昌俊2002年拿諾貝爾獎時感慨:原來宇宙跟我們捉迷藏呢!
梶田隆章用超級神岡的數(shù)據(jù),精確算出了中微子振蕩參數(shù),在2015年又摘下一座諾獎。一罐水換兩座諾貝爾獎,這買賣劃算!
現(xiàn)在超級神岡還在干活,它曾捕捉到銀河系外超新星的中微子,幫人類偷看太陽內(nèi)部的核聚變。中國在這個領(lǐng)域也開始發(fā)力了,在廣東江門地下700米建了"江門中微子實(shí)驗(yàn)室",這場宇宙捉迷藏越來越熱鬧了。
日本人在地下一千米儲存了五萬噸極致純凈的水,就是為了發(fā)現(xiàn)中微子的秘密。為啥非要找這些"看不見的粒子"?科學(xué)家說得很浪漫,中微子誕生于恒星內(nèi)部,帶著宇宙最古老的秘密。
它們穿越時空,就為在某刻撞上一滴水,向我們傳遞宇宙的悄悄話??茖W(xué)有時候就是這樣:看似深埋地下,實(shí)則心向星辰。日本人深藏超純水的秘密解開了,這回知道咋回事了吧?
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