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  • 1 # 使用者221271505114

    最純淨的水有上限,那就是除了水什麼都沒有:沒有懸浮的雜質,沒有溶解的離子,甚至沒有溶解的空氣。雖然這只是理論上的上限,但是目前確實可以透過種種手段,製備出來這樣的超純水,純到不導電,電阻率達到18兆歐姆·釐米,是優良的絕緣體。

    然而問題是,這樣的水裝一瓶拿給我,看上去和純淨水,甚至不純淨的礦泉水都是一樣的,看不出來誰更清。

    所以想要說哪裡的水最清,還有一個很重要的因素,就是水要多,多才能看得出來清。如果有個地方,有一大桶幾乎絕對透明的水,這個桶比一棟樓還大,是不是很想去看看。

    這個地方在日本。

    在日本岐阜縣飛驒市神岡町的茂住礦山地下1000米之下的地方,東京大學建造了一座探測器,叫超級神岡探測器,可以探測來到地球的中微子。

    中微子的特性是速度接近光速,靜止質量極小。對於中微子來說,整個地球幾乎是透明的。也就是說,每時每刻都有非常多的中微子穿過整個地球,而沒有和地球上的任何東西產生互動,當然也就不會被我們探測到。

    而其中極小的一部分會在穿過地球的時候極其幸運地與地球上的物質產生作用,而這個中微子探測器就是要在這些極其幸運的事件發生的時候,找到中微子留下的線索。

    這個極其幸運的事件就是中微子一頭撞在原子核上。原子核的直徑只有 原子的幾萬分之一,原子核之間則是廣袤的空間。這也是地球對中微子幾乎透明的根本原因。如果原子是一個20平米的房間,原子核就是一個一根頭髮切出來的長寬一致的頭髮丁。如果一箇中微子足夠幸運撞到一個原子,還需要在這個房間裡找到那個頭髮丁。而去撞這個頭髮丁的小子彈,直徑是頭髮丁的一億分之一。

    一旦當這個幸運事件發生,中微子與原子核相撞之後,會釋放出輕粒子,而輕粒子會進一步產生切連科夫輻射,釋放出紫外頻段的光,甚至可見光。

    所以為了看到中微子留下的那一點點線索,我們需要一個足夠大的靶子,還需要很多眼睛盯著這個靶子。

    這個靶子就是水,5萬噸的超純水,放在一個不鏽鋼大桶裡面,相當於把20個奧運會標準泳池的水倒在一個桶裡面。光是裝滿這個桶,就用了2個月的時間。

    這個桶直徑39.3米,深度41.4米。相當於一個單層1200平米,13層的高樓。

    右下角有兩個工作人員在船上。看不清沒關係,放大了看。

    而眼睛則是一萬多個光電倍增管。就是上圖中的金色的圓球。光電倍增管可以把光訊號放大1億倍,使得極其微弱的光訊號也可以被檢測到。

    而這一切,需要浸沒在滿滿一桶超純水裡面。如果水不夠純淨,就會帶來干擾,讓中微子留下的那一點點線索淹沒在噪音裡。這就意味著,在光學意義上,這桶水是幾乎絕對透明的,這樣一個可見光透明的靶子,才能讓這一萬多隻眼睛可以發現中微子經過的痕跡。

    為了維持這一桶水的純淨,這些水會不斷的被迴圈淨化,除掉裡面的顆粒物,電解質,甚至溶解在水中的空氣,將水的電阻率維持在18.2兆歐姆·釐米,幾乎達到水的理論極限。

    甚至這個桶裡面剩餘的空氣,也是淨化過的空氣,甚至移除了空氣中的氡氣,以避免氡氣輻射帶來的干擾。

    這個中微子探測器位於地下1000米的廢棄礦井中,目的就是儘可能地隔絕宇宙射線或人類活動的干擾。

    這裡除了這一桶水和一萬多隻眼睛之外,什麼都沒有。它們就這樣在地下1000米的黑暗中,等待某個中微子穿過茫茫宇宙,幸運地一頭撞到某一個小小的原子核,發出那麼一點點的微光。

    聽起來是不是很寂寞。

    這還不是最寂寞的。

    超級神岡探測器(及其前身神岡探測器)建設的初衷,是觀測這個宇宙的一個非常基礎的問題:質子衰變。20多年過去了,暫時還沒看到。

    怕什麼真理無窮。

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