1982年，日本在距離地面1000米的地方開始建造一個圓柱形的容器，建成後在容器裡裝下了3000噸水。90年代以後，日本又建造了一個更大的容器，直徑為39.3米，高度更是有41.4米，其中存儲了50000噸的超純水。

我們都知道，水資源是生命生存和發展的源泉，沒了水，生命也将不複存在，而人類目前為止隻能直接使用淡水資源，可這一部分在地球全部的水資源中占比可謂是寥寥。那麼，日本20多年來存儲的50000噸超純水是為了防止未來淡水資源缺乏，以備不時之需的戰略資源嗎？

根據水的密度1kg/m^3來計算，1立方米的水質量大概是1噸，在1997年日本全國取水量是891億立方米左右，換算下來則是大概891億噸。50000噸的超純水看似很多，但是對比891億噸來說根本不算什麼，還不夠1997年的日本用上一個月的。

在我們的以往認知裡，日本一直是一個破壞環境的“好手”，比如在2011年3月11日，日本福島的核電站因自然災害的原因發生洩漏。

根據日本科學家們的觀察，2011年所洩露的放射性物質一直徘徊在海面上，随着洋流等不斷漂流，更是在2021年抵達了美國西海岸，大概在7到8年以後就會回到日本。

除此之外，2021年4月13日，日本決定要将福島核電站的有着緻命放射性的核廢水傾倒大海，這無疑是不顧全世界人民，同樣不在意自然的舉動。

日本核廢水衛星圖

因此，日本地下的50000噸水不可能是日本政府忽然想要愛護環境才修建的，那麼它的目的究竟是什麼呢？

實際上，上面的這兩個容器都有名稱，1982年開始修建的容器叫做神岡核子衰變實驗探測器，目的是想要研究出“質子衰變”，然而直到目前為止，這依然隻是一個沒有被證實的假設，其預言質子會在漫長的歲月以後衰變成為質量更輕的中性π介子和正電子。

後來日本又花了1億美元，建造出了超級神岡探測器，這裡的50000噸超純水卻不是為了再觀察“質子衰變”現象，而是為了觀測一種宇宙中的“隐身人”——中微子。

為什麼日本要用超純水來觀測中微子呢，普通的水不行嗎？水其實是一種非常普遍的溶劑，由于水分子的電荷分布不均勻，表現為極性，因此具有較好的溶解性，比如空氣中的氫氣、氧氣、二氧化碳、惰性氣體等等都會溶解在水裡，也具有較為明顯的導電性。

我們經常使用的自來水，除了水以外，也有一些鈣離子、鉀離子等等元素，還有使用了消毒劑以後殘留的氯離子，以及一些礦物質、細菌等等。而超純水則是指除了水分子，就基本上不存在其他雜質的水，更沒有什麼礦物質、融入的氣體，以及其他細菌等有機物。

超純水也分為一級到三級的超純水标準，一級超純水幾乎沒有各種雜質，而二級超純水要比一級稍微“差”一些，通常會有很少的無機、有機或膠态雜質，當然，日本的超級神岡探測器自然也是使用的一級超純水了。

由于除了氫和氧兩個組成了水分子的原子以外，其他的物質幾乎全被取出，也就沒有了導電的介質，因此導電性非常弱，電阻率甚至超過了18 MΩ*cm，甚至在25攝氏度的時候還逼近實驗室所能到達的極限數值18.3 MΩ*cm。

同時，水分子的結構較為簡單，隻有兩個氫原子和一個氧原子構成，建造在1000米的地下也能很好地阻攔其他物質的影響，在沒有其他因素的影響下，中微子就會有一定的可能與水原子的原子核發生碰撞。

除了超純水外，超級神岡探測器還有密密麻麻的如同金色鋼珠一樣的光電倍增管，它可以将極其微弱的光信号捕捉到，甚至能測量隻有200到1200納米波長的光，并将這些光轉化成為電信号，将信息告知人類。

也因此，隻要中微子與水原子的原子核發生了碰撞，産生出了一絲極其微弱的光，都将被光電倍增管敏銳準确地發現。由于對超純水的要求比較高，需要進行不斷地進行各種工序，難度和成本也是較大的。超純水的制作過程也需要好幾個步驟，在進行了預處理後，還需要通過紫外線殺菌、一級和二級RO反滲透技術、去離子化等等複雜的流程，才能最終得到1級的超純水，并且全程沒有活性炭的參與，做到幾乎0離子的殘留。

中微子一直被稱為是宇宙中的“隐形人”，早在 1931年科學家泡利就根據能量守恒定律，預言在β衰變過程中偷走了一部分能量的，導緻能量虧損的“罪犯”是中微子。

但一直到1956年，美國的兩位科學家才從實驗中直接檢測到了中微子的存在，他們也因此榮獲1995年的諾貝爾獎項。中微子的提出與發現之間的過程長達20多年，足以看出中微子是有多難以觀測到了。科學家認為，組成了我們所在的物質世界的最基本的共有12種粒子，其中就有3種中微子，分别是經常伴随着電子的電子中微子，以及μ中微子和τ中微子。

中微子之所以很難觀測到，其實是因為它完全不會帶電荷，也就不會與電磁的互相作用，因電磁力的吸引組成原子，更不會受到宇宙中最強的強相互作用。但中微子會參與四大自然界基本相互作用的其他兩種，也就是會受到自然界最弱的引力作用，以及弱核力的影響。

也因此，中微子很難與其他物質發生反應，大概100億個中微子，才會出現那麼1個會與物質産生反應的中微子。同時中微子具有目前為止已知的最強的穿透能力，可以輕松從物質中間穿過，人類、山脈甚至是地球都無法阻攔中微子的步伐。

而中微子在我們的周圍其實非常普遍，大部分的粒子活動，以及核運動都會産生出中微子，比如地球上的核電站，它在進行核裂變發電的時候就會有中微子出現，還有太陽的核聚變活動、超新星爆發等等。

全球核電數量

根據科學家們的研究，太陽内部的核聚變大概每秒會産生出大量的中微子，大概有10的38次方個，這些龐大的中微子就會不斷地飛向四面八方，其中一部分會來到地球上。

也就是說，我們每一個人每秒鐘都會遭受1000萬億個被太陽發射出來的中微子，并且因為中微子本身的穿透性，不論是白天還是夜晚，我們都難以避免這個現象。

事實上，早在上個世紀，神岡實驗的投入資金并不算太高，同時當時還有美國的團隊與日本競争，美方的資金可比日本的多得多，預計建設的實驗場地和規模也遠遠超出神岡實驗。

隻是由于日本多年的光學工業，神岡實驗的團隊擁有當時世界上最先進的日本光電倍增管，這一點就足以打敗美國的競争者了。

科學家們一開始是打算觀測質子衰變實驗，但一直沒有成果出來，最後決定用于觀測太陽的中微子，并在1985年完成了對神岡探測器的系統全面升級，成為了神岡探測器-II。

也是湊巧，就在神岡探測器完成升級後的兩年以後，也就是1987年2月23日，在距離地球最近的大麥哲倫雲裡有一顆正在爆發的超新星1987A，同樣也是從1604年到如今人類發現的距離地球最近，也是最明亮的超新星。

神岡探測器無疑是立刻發揮了用場，再加上超新星1987A的位置在南半球一側，這就相當于是一個天然的阻隔多餘的宇宙射線等等雜質的屏蔽層，更有助于對中微子的直接觀測。

因此，神舟探測器成功地記錄下了11個中微子，遠比當時其他的中微子探測器所記錄的8個和5個多出不少。根據這一場測量，科學家們也提出了超新星爆發後，中微子将會比光子更快地來到地球，形成了早期的預警系統的觀念。

除此之外，再次升級為50000噸超純水容量的超級神岡探測器也在1998年裡，發現了反應堆裡的μ子中微子轉變成τ子中微子的現象，從而确定了中微子的振蕩現象，即中微子伴随着的輕子味會發生轉化。

這個發現也表明了中微子是存在着微小質量的，打破了人們以往對于中微子沒有質量、光速運動的觀念。如今，中微子依然還存在着許多未解之謎，由于它難以也其他物質發生反應，中微子也是人類觀測得到的數據最少，也了解得最少的基本粒子。

中微子的質量到底是多少，有多大，它與其反粒子是同一個粒子嗎，它有沒有磁矩等等，這些問題一直都未能被解答，中微子也成為了許多物理領域的熱點學科，也吸引了越來越多的人前往研究。

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