日本要在地下1800米，存放26万吨99.999999%超纯水，有什么目的？

1982年，在一座废弃多年的矿山之下1000米，日本斥资1亿美元，耗时多年建造了一个直径和高度大约为40米的圆柱体不锈钢容器，里面装着5万吨的超纯水，其纯度高达99.999999%。

2020年，日本又斥资6亿美元，在地下1800米的地方，开始建造更为庞大的圆柱体不锈钢容器，计划7年建成。新容器的直径和高度大约为70米，其中能够装下多达26万吨的超纯水。

那么，日本在地下深处存放这么多的超纯水，到底想要干什么呢？

事实上，日本建造的容器是一种尖端的科学仪器，用于探测宇宙中极为神秘的中微子，该仪器被称为超级神冈中微子探测器。未来要建成的是世界上最大的中微子探测器——顶级神冈探测器。至于为什么要用到这么多超纯水，这与中微子的特性有关。

根据粒子物理标准模型，中微子是一种电中性的基本粒子。中微子的静质量接近于零，这意味着它们的运动速度可以足够趋于光速。那么，中微子该如何探测呢？为什么又要这样大动干戈地去寻找中微子呢？

就目前所知，自然界中的一切力的相互作用，都可以归结为四种基本自然力——强核力、弱核力、电磁力与引力。当粒子之间出现这四种基本相互作用时，就能探测到它们的存在。

然而，中微子不参与电磁力和强核力的作用，它们本身非常轻，引力作用极弱，而且弱核力的力程又极短，所以中微子极难被直接探测到。中微子可以直接穿透物体，而不会引起什么变化。

在宇宙中，中微子主要来自于太阳。太阳内部进行氢核聚变，每秒能够产生200万亿亿亿亿（2×10^38）个中微子，其能量占太阳总输出能量的1%。每秒钟都会有9万亿亿亿（9×10^28）个中微子穿过地球，穿过人类身体的中微子每秒可达95万亿个。

虽然每秒有大量的中微子穿过地球和我们的身体，但它们只是穿过去，几乎不会产生什么反应，所以我们根本无法感知到。只有借助超级神冈这样极其灵敏的中微子探测器，才能捕捉到零星几个中微子。

在超级神冈探测器的内壁，装有1.12万个光电倍增管。探测器中注入了5万吨的超纯水，水中的各种杂质都被一一除去，使其几乎只有水分子。另外，空气也被净化过。只有这样，才能确保杂质不会干扰到中微子产生的微弱效应。

中微子几乎都是直接穿透超级神冈探测器，但偶然有零星的中微子会撞上水分子中的氢和氧原子，由此产生速度极高的粒子，它们在水中的传播速度快于水中的光速，这就会产生短波长的切伦科夫辐射。光电倍增管可以把这种十分微弱的光信号转换成电信号，这样就能探测到中微子。

1987年，大麦哲伦星系中爆发了一颗超新星——SN1987A，它能释放出多达10^57个中微子。超级神冈探测器捕捉到了11个中微子，这是人类史上首次接收到了超新星产生的中微子。

超级神冈探测器的发现不仅在于开启了一门全新的天文学分支——中微子天文学，而且还能为预警超新星爆发提供了可能。虽然中微子的速度略慢于光速，但它们先被释放出来，早于伽马射线暴3小时抵达地球。

研究中微子，还有助于探测极为神秘的暗物质，因为中微子有可能是一种暗物质粒子。超级神冈探测器已经取得了一系列重大发现，多位物理学家因此而获诺贝尔物理学奖。有了超级神冈的经验，日本正在建造更为灵敏的中微子探测器，也就是顶级神冈探测器，它能为我们揭开更多的前沿物理学之谜。