地下1000米！在廢棄礦井內存了5萬噸水，日本科學家在找啥？

無用之用，方為大用

毫不避諱的說，現在絕大部分自然科學的前沿領域研究都是毫無用處的，科學家們用著造價幾十億上百億，位於太空，沙漠，地下，南北極的大科學設備，為的只是滿足自己的好奇心，順便再代表一下全人類的求知慾。

好在科學進步帶來的好處是有目共睹的，所以儘管科學研究越來越燒錢，但科學家們依然能「玩」到新的造價不菲的「大玩具」。

廢棄礦井與諾貝爾獎

在日本岐阜縣有一個廢棄礦山，所屬還有一座深達1000米的礦井，上世紀90代日本東京大學接手這裡後，在這個1000米深的廢棄礦井裡建造了一棟相當於15層樓高的神秘建築，並把它命名為「超級神岡探測器」

1996年至今，這座盛有5萬噸100%超純水的探測器，已經為日本製造了數個諾貝爾物理學獎級別的成果。

而它所探測的，就是有著「宇宙幽靈」之稱的中微子，一種以接近光速飛行但幾乎不與任何物質發生相互作用的粒子。

宇宙街溜子

在物理學家的眼裡，能被「看到並影響」的物質世界是由各種基本粒子構成的，它們就好像積木，而四大基本作用力則是積木之間的粘合劑，以及積木之間相互作用的「傳遞者」

但並不是所有基本粒子都願意當積木的，比如中微子就是一個不折不扣的「宇宙街溜子」，它從不和其他粒子發生太多關係，總是獨自以近光速遨遊宇宙。

用物理學家的話來說，中微子是是宇宙中數量最為龐大的粒子之一，但由於它屬於中性粒子，所以不參與電磁相互作用。

這意味著儘管每秒就有10萬億個中微子正在穿過你的身體，但你卻渾然不知。

由太陽內部核聚變反應產生進而射向地球的中微子，更是只有十萬億分之一被地球上的物質吸收，剩下的中微子都穿過地球飛向宇宙深處了。

那日本是怎麼找到中微子的？

物理學家們告訴我們，光子在水中的速度只有真空中的75%，但中微子的速度卻永遠保持在相當接近光速的水平。

所以一旦中微子進入水裡，它的速度就超過光速了，然後就像飛機超音速產生音爆一樣，中微子在水中也會因為"超光速"而發出獨特的切倫科夫輻射光。

日本之所以要在1000米深處的地下存儲5萬噸沒有雜質的超純水，就是為了儘可能避免除中微子以外其他宇宙射線的幹擾，進而確保中微子產生的切倫科夫輻射光能被準確地記錄下來，這樣一來只要有光，就說明發現了中微子的痕跡。

中微子振蕩與諾貝爾獎

恆星物理學家的計算表明，太陽核聚變反應每產生三個光子就會伴隨產生兩個中微子，但在相當長一段時間內地球上探測到的太陽中微子數量只有理論計算的三分之一。

1987年2月23日，天文學界目睹了一次發生在16萬光年外大麥哲倫星雲中的超新星爆發事件，但這次超新星爆發所生成的中微子數量，並沒有像太陽中微子一樣消失三分之二。

於是物理學界猜想中微子應該有三種而不是一種，且三種中微子之間還會相互轉化。

這個被稱為中微子振蕩的理論預測，在1998年被日本超級神岡探測器首次確認存在，這一突破也讓負責中微子項目的日本科學家小柴昌俊獲得了2002年的諾貝爾物理學獎。

中微子有什麼用？

從預言存在到發現再到確認中微子振蕩，物理學界用了將近一個世紀，但有關中微子的其他信息人類還一無所知，也正因如此中微子相關研究現在已經成了物理學的熱門之一。

2027年之前，日本超級神岡升級版頂級神岡探測器將開始收集中微子數據，儲水26萬噸的頂級神岡將擁有數倍於超級神岡的探測能力。

而我國的江門中微子實驗最早將於2022年開始收集數據，這個位於地下700多米深處的中微子探測設施將進一步揭開中微子的神秘面紗，並且也有可能產生諾貝爾物理學獎級別的科研成果。

作為一種尚未被研究透徹的粒子，中微子目前唯一能被想到的用處就是通訊。

因為它幾乎不與其他物質發生作用，所以理論上一束經過調試且攜帶信息的中微子，可以將信息無損傳遞到宇宙任何地方，而不會像人類現在用的電磁波一樣發生畸變丟失信息。

或許你會說「引力波同樣可以無損傳遞信息」，但不要忘了明顯強度的引力波信號只能由黑洞或者中子星來產生，所以用引力波通訊的難度是非常大的。