二十多年来，日本在地下千米，储存了5万吨超纯水，目的何在？

2026年6月1日，东京大学宇宙线研究所下属的神冈设施在社交平台上发布通知，“超级神冈一般公开2026”定在2026年9月19日举行，浏览量达到了24.79万次。

这处设施位于岐阜县飞驒市的神冈矿山，原先是一个深达1000米的废弃砷矿。

日本花费了20年时间挖空一座山，深度达到1千米，里面却只储存了5万吨水。挖空这座山，确实是为了存水，但这里的水并不是普通的水，而是纯度接近百分之百的水。这种水里没有任何微量元素和有机物，也没有任何溶解的空气，因此被称为超纯水。

超纯水虽然可以直接饮用，但却没有人会去喝它。它的价格比黄金还要贵，长期饮用甚至会导致人体出现不良反应。不过，在天文、生物、医药等领域，超纯水发挥着非常重要的作用。

日本之所以费尽心思挖空一座大山来储存这些水，是因为这些超纯水的用途是探测中微子。中微子就像空气一样看不见、摸不着，却又无处不在。在人眨眼的一瞬间，就有近百亿个中微子穿过身体，但人们很难察觉到它的踪迹。正因为中微子难以捕捉，它成为了人类目前了解最少的基本粒子。

中微子的质量不到电子的百万分之一，飞行速度几乎和光速一样，什么东西都能穿过去。好在它偶尔也会和物质撞上，发出微弱的光。

为了捕捉中微子，日本专门在深山中建造了超级神冈探测器。这台探测器位于地下1千米深处，是一个直径39.3米、高41.4米的圆柱形不锈钢容器，内壁上密密分布着1万多个金色圆球。探测器建在地下这样的深度，可以阻隔其他宇宙射线信号以及人类活动带来的干扰。

墙壁上的这些金色圆球就是光电倍增管。当中微子穿过水时，会与水中的原子核发生核反应，产生的带电粒子在水中穿行六七米之后，就会产生切伦科夫辐射。这些信号接着会被光电倍增管放大一亿倍，呈现为人眼可以看见的蓝色微光，再被转化成数字信号，供科学家们进行研究。

之所以需要5万吨水，是因为碰撞的机会实在太少。据神冈方面介绍，每天大约只有20个太阳中微子和10个大气中微子与超纯水发生反应。

水还必须足够纯净。微光要在水里跑几十米才能到达传感器，水稍微浑一点，光就会被吸收；放射性杂质还会发出假信号。所以探测器要不停地过滤、净化这些水，并用紫外线杀灭可能出现的细菌。

日本如此努力地寻找中微子，是因为中微子在宇宙大爆炸之后38万年就开始传播，在宇宙的起源和演变过程中发挥着极其重要的作用。人类所知道的宇宙历史都发生在这之后，而观测中微子，可以帮助人类了解这38万年的历史。

超级神冈的前身是1983年建成的神冈探测器，最初目标是探测质子衰变，只装了3000吨超纯水和1000个光电倍增管。质子衰变一直没等到，1987年2月，它却和美国的探测器一起探测到大麦哲伦云中超新星1987A爆发时产生的中微子。主持实验的小柴昌俊因此获得2002年诺贝尔物理学奖。

此后日本建造了更大的超级神冈，实验从1996年4月开始。1998年超级神冈实验与2001年加拿大SNO实验先后证明了中微子振荡，也就是一种中微子能变成另一种，间接证明中微子有微小的质量，因此获得2015年诺贝尔物理学奖，日方获奖者是梶田隆章。

这罐水也经历过一次险些报废的事故。2001年11月12日，数千只光电倍增管因连锁反应突然爆裂。2002年10月实验重新开始时，只剩下原来一半数量的光电倍增管。2006年7月，光电倍增管恢复到完整数量，从那时起这罐水以完整状态运行至今，已有二十年出头。

除了研究中微子本身，这罐水还在等待银河系里的下一颗超新星。超新星爆发时99%的能量以中微子形式释放，2020年起水里还溶进了少量钆盐。

日本的接班装置“顶级神冈”位于地下600米。2026年8月，它的探测器水罐内衬完工，能容纳26万立方米超纯水，按计划2028年开始运行。

除了日本在深山里建设实验室观测中微子，中国早在2007年的时候就已经开始建设大亚湾反应堆中微子实验，这项实验在完成使命后于2020年退役。

如今，中国又在广东建设了江门中微子实验，接替大亚湾反应堆中微子实验，继续投身于中微子研究当中，并计划在2030年把这项实验升级改造成世界最大的无中微子双贝塔衰变实验，为中国观测中微子做出更多贡献。

江门中微子实验不用水，而是用2万吨液体闪烁体，探测器位于地下700米。它于2025年8月26日正式运行取数，同年11月发布首个物理成果。

这项成果用反应堆中微子证实了“太阳中微子偏差”，而太阳中微子一侧的数据，有不少正来自神冈的那罐水。

9月19日开放日那天，访客能看到的大多是隧道、机房和展板，那罐水仍封在黑暗里，等着下一个中微子飞进来。