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我们平时生活中所接触到的饮用水,多数都不够“纯净”。

例如市政自来水还含有一些氯化物等化学物质,矿泉水中也不乏钙镁等矿物质。

但有一种被称为“超纯水”的液体,其纯净程度之高令人难以置信。

为了获取如此纯净的水,日本人可谓下足了功夫——他们在岐阜县飞驒市神冈町的地下1000米处,秘密建造了一个巨大的储水设施,并在里面贮藏了高达5万吨的超纯水。

这个神秘的“水池”至今已运营20多年,究竟日本人出于何种目的,竟建造了这样一个“水库”?

奇怪的超纯水

所谓超纯水,指的是一种纯度极高的水,除H ₂O分子外几乎不含任何其他杂质。它的制作非常复杂,需要经过多道精密的过滤、去离子和反渗透等工序,方能达到严苛的标准。

根据规定,25°C环境下超纯水的电阻率要达到18MΩ·cm ²以上,也就是说1cm ²超纯水中的阻力要大于1800万欧姆,这意味着其中的杂质之少令人难以置信。

我们平时使用的自来水只有数万欧姆的电阻率。

拥有如此高纯度的超纯水,具有非凡的科学价值。

它可广泛用于电子电镀行业,也是生物工程和精细化学的理想溶剂。

但若当饮用水来看,超纯水反而有害健康——因为过分纯净,它会抽取人体中的矿物质与微量元素。

高科技水库的秘密

上世纪80年代,随着日本半导体产业的快速发展,该国对超纯水的需求量激增。

为确保质量,日本开始自主研发超纯水的制备技术与设备。

与此同时,一个更为神秘的计划也在酝酿之中。

1982年,日本科学家在岐阜县一个深达1000米的废弃矿井中,秘密启动了一项令人震惊的计划。

他们选择在这个矿井的地下兴建一个巨大的圆筒形水箱,并在其中储存高达5万吨的超纯水。整个工程历时数年完成,外界均不知情。

直到十多年后,这个隐蔽的“地下水箱”才首次与外界联系。

原来,它是东京大学为探测中微子而建的特殊装置,代号“超级神冈探测器”。

利用储存在其中的大量超纯水,这台探测器的目标是验证多项重大物理学理论,其中最核心的就是检验中微子的各种神秘特性。

经过长期的观测实验,“超级神冈探测器”终于在1998年证实了中微子震荡理论的存在。

这一发现开启了中微子物理学的新纪元,也使这台低调的探测装置一举跻身世界一流的科研机构之列。

神秘的中微子

什么是中微子?简单说它是组成物质的基本粒子之一,电中性,质量极小,且不参与强相互作用和电磁相互作用,几乎能够穿透任何物质,被称为“幽灵粒子”。

然而正因如此,中微子的存在极难探测。

为了实现探测,科学家会在一个封闭空间创建强中微子源,然后通过不同介质捕捉中微子的痕迹。超纯水就是目前已知的最理想探测介质之一。

当中微子从水箱通过时,会使水分子发生微弱的相互作用,从而产生带电粒子。

这些粒子的运动速度会超过光速,形成可检测的光锥信号。

1万多个光电倍增管则可以捕捉这一信号,由此探测难以捉摸的中微子。

为什么日本不惜巨资建造“超级神冈探测器”?因为进一步研究中微子,对物理学具有重大意义:

可以揭示中微子的各种未知特性,完善粒子物理理论。

可以通过中微子探测太阳及其他恒星内部,获得宇宙演化的线索。

中微子通信技术有望突破距离限制,改变未来通信形态。

利用中微子可进行核反应堆的远程监测,提高核电站的安全性。

虽然中微子科学还有诸多未解之谜,但日本科学家已经意识到其研究的重要性。

此番不遗余力地建造“超级神冈探测器”,正是日本决心在基础科研上攻坚克难的体现,也充分展现了日本人勇攀科技高峰的精神。

科学精神的光辉

基础科学研究需要极强的科学精神支撑。

对一个悬而未决的理论进行验证,对一个未知现象进行探究,都需要科学家持之以恒的努力,以及坚定不移的科学信念。

日本在中微子科学上的成就,正源于他们这种科学精神的光辉。

尽管中微子的应用价值还难以预见,但是日本科学家仍然选择投入时间与金钱,只为检验某种可能存在的微粒。

这种“今天不知为何物,总为往圣继绝学”的学习态度,也值得我们在科技创新方面学习。

只有不断探索未知领域,追求基础科学的突破,一个国家和民族才能获得真正的进步。