文 | 渣叔

编辑 | 渣叔

日本到底在打什么算盘？

有人发现，他们竟然在地下一千米深的地方，储存了超过五万吨的超纯水，而且储存的时间竟然已经长达20年了。

这不禁让人感到疑惑，他们自己明明还在排放核污水，难道他们早就留好后手了？

这究竟是怎么回事呢？

想要搞清楚这件事情，我们要先知道他们存的是什么水。

超纯水看似平凡，却蕴含着无限可能，它是人类目前能找寻到的最纯净的物质之一。

有科学家形容超纯水为“水之外的水”，它不属于一般意义上的有机物，几乎不含任何杂质、微量元素或化学成分，可说是纯度100%。

日常生活中的自来水和矿泉水或多或少都含有一些微量的其他矿物质和杂质，哪怕是工业制造的纯净水，也达不到超纯水的标准，超纯水之所以如此纯净，是因为它的制作工艺非同寻常。

超纯水需要经过复杂的制作工艺才能提炼出来，一般的净化设备难以达到它的要求，只有采用先进的技术如去离子化和反渗透，层层过滤，才能提取出极少量的超纯水。

理论上持续制备超纯水是可行的，但由于它的化学性质不稳定，难以长期维持极高的纯度，因此现实中制造超纯水非常困难，成本也很高。

此外，由于超纯水纯度如此之高，储存它也是一个大难题，超纯水的纯度太高，稍有不慎就可能遭受污染。

所以科学家们在储藏超纯水时必须万分小心，才能保证其纯度不受影响，这也是为何能持续大规模生产和储存超纯水的国家寥寥无几的原因之一。

目前能大规模生产超纯水的国家不多，日本便是其中技术领先的一个，超纯水因几乎不含任何杂质，可用于精密的科学实验和先进仪器的制造，特别是在半导体和纳米技术领域发挥重要作用。

更令人振奋的是，超纯水可能帮助人类进一步探索宇宙奥秘，日本学者计划利用超纯水中的氢元素来探测难以捕捉的中微子。

虽然中微子体积极小，但它们存在量极大，自由快速地穿梭于物质之间，几乎不受任何阻碍，如果能破译中微子之谜，我们就更接近揭开宇宙的奥秘。

1933年，中微子在理论上首次被预测出存在，20多年后才通过实验确认，由于中微子与物质间相互作用极小，要探测它们非常困难。

日本之所以不惜巨资秘密在地下1000米处储存5万吨超纯水长达20年，就是为了捕捉中微子的存在，开启研究中微子的新篇章，虽然过程充满艰辛，但中微子研究对人类发展意义重大，超纯水虽然平凡却不简单，它或许能成就科学史上的一个伟大发现。

战后的日本，科技发展艰难，然而，有一个物理学领域，日本科学家却走在了世界前列——中微子研究。

上世纪50年代，东京大学物理系就开始了理论积累，当时美国在这个领域投入巨资，但日本在关键技术上占优，一个瓶颈摆在面前：中微子实验需要利用高山来屏蔽干扰，而日本没有这样的地形。

日本科学家灵机一动，将实验地点确定在1000米的地下，他们在一处废弃矿井建造了“超级神冈探测器”。

这个巨大的圆柱形容器，直径近40米，高41米，密密麻麻镶嵌着上万个探测装置，容器周围还布满了光电倍增管，任何微弱的物理反应都逃不过这些“灵敏的眼睛”。

为了增加实验成功率，容器内储存了5万吨超纯水！这是一项重大的工程投入，要知道，超纯水的制造非常困难，必须要通过多级精製才能达到纯度指标，日本科学家为此设计了专门的精製系统，耗时两年才得出第一桶超纯水。

理论预计，中微子穿过水时会引起轻微辐射，探测器可以捕捉到，但中微子极不稳定，出现的时空完全随机，光靠探测器是不够的，必须要大幅提高“碰撞概率”，超纯水的加入，正是考虑到它可以提供足够的“目标体积”。

1998年，日本科学家终于如愿以偿，在一片漆黑的地下，捕捉到了第一批中微子信号，分析表明，这些中微子来自距离地球150万光年之外的广袤宇宙，4年后，项目负责人小柴昌俊获得诺贝尔奖。

超级神冈探测器是日本在中微子研究领域投入巨资建造的重大科研装置，它隐藏在日本岐阜县的一个废弃矿山之下，这个矿山海拔高度约1000米，可以有效屏蔽各种辐射。

探测器就像一个巨大的圆筒形容器，直径40米，高度41米，它内部装满了5万吨经过多次过滤的高纯度超纯水。

当宇宙中的中微子传递过来，穿透地壳直接进入探测器时，会与超纯水发生弱相互作用，产生一点点微弱的蓝光。

这些蓝光会被散落在水中的上万个光敏感探测球所捕捉，然后研究人员就可以通过分析这些光学信号，推断出中微子的各项参数。

要建造这样庞大的探测器，日本科学家们付出了长期努力，仅仅是超纯水的制备就非常困难，必须小心监控每一步工艺，多次重复实验，任何少量杂质都会影响结果。

超纯水制备完成后，日本又面临如何有效运输与储存超纯水的难题，经过科学家们的不懈努力，超级神冈探测器终于在1983年建成。

1987年，它首次捕捉到大麦哲伦星系中超新星爆炸产生的中微子信号，实现了重大发现，但由于实验条件过于复杂艰苛，各项设备调试和维护非常繁琐，超级神冈探测器一直到1996年才正式开始进行观测实验。

之后科学家们又在探测器内部不断优化改进，直到2008年这个庞然大物才最终运行稳定，但这些付出都得到了回报，仅仅正式使用两年时间，日本科学家就凭借超级神冈探测器获得了两次诺贝尔奖的殊荣。

这激励了日本继续扩大在中微子研究领域的投入，2019年，日本宣布在超级神冈探测器旁新建“顶级神冈探测器”，仍然位于地下但规模更大，计划使用26万吨超纯水，精度提升10倍，预计使用寿命达到20年。

日本之所以大力支持中微子研究，一方面是出于满足探索未知的科学好奇心，另一方面也基于解决实际需求的考量。

作为一个资源匮乏的岛国，日本希望能利用中微子开发新能源，每秒约有1000亿个来自太阳的中微子穿过人体，如果能转化中微子的能量，就能彻底解决能源问题，目前日本的研究方向是使用特殊涂料，将中微子衰变释放的能量转化为热能或电能。

与此同时，中国也在中微子研究领域进行积极探索，2003年，中国大亚湾中微子实验室建成，2012年实现重大发现，找到了第三种中微子震荡模式。

现在我国江门中微子实验室也正在建设中，它位于地下700米深处，将成为世界顶尖的中微子研究基地之一，届时中国科学家可以利用它来研究中微子的各项参数，例如中微子的质量顺序等。

日本人花费无数人力物力，在地下1000米深处储存了5000吨超纯水，用于研究中微子，这种科研精神值得我们学习。

相信随着我国国力的增长，在科研硬件方面，我国将超越日本，也希望我国的相关研究，能走在世界最前沿，探索中微子的奥秘。