20多年来，日本在地下千米深处，储存了5万吨超纯水，目的何在？

在日本一个不太起眼的地方，岐阜县最北边的神冈町，有一处深达1千米的废弃矿坑。日本人在那里放置了5万吨超纯水。

这些水不是为了应对世界末日，而是在等待一个至今仍未发生的奇迹。超纯水是去掉了离子、细菌、有机物等杂质的水。

这种水一般用于精密实验，并不适合饮用，因为它太纯，会从人体内带走矿物质。这5万吨水不是储备的饮用水，存放它们的装置也不是水库。

这里是东京大学研究人员建造的大型中微子探测器——超级神冈探测器，它的前身神冈探测器于1983年建成。探测器的目的是捕捉中微子从太空穿越地球的迹象。

中微子是一种很奇特的粒子。它不带电，质量几乎为零，可以直接穿过地球，几乎不和其他物质发生反应。

宇宙诞生于137亿年前的大爆炸，大爆炸的瞬间产生了无数中微子，它们携带着比光更早的宇宙信息。科学家普遍认为，宇宙大爆炸之初同时产生了物质世界和反物质世界，只是在中微子的作用下反物质消失了，最终形成了现在的世界。

要揭开反物质消失之谜，就要从现存的物质世界寻找蛛丝马迹，通过宇宙中微子寻找最早期的宇宙信息，同时也能加深对宇宙最终命运的了解。中微子是宇宙中的一种基本粒子，运动速度非常接近光速。

四大基本力中只有弱相互作用力对中微子有效，只有中微子直接撞上原子核内的夸克，科学家才有可能探测到它们。

这个概率可以用一个假设来说明：如果把中微子放大成一个直径1厘米的小球，按同等比例，原子的直径就有100000千米，而位于原子中心的夸克直径只有约1米。由此可见，中微子要在这么大的范围内恰好撞上夸克，概率极低。

那么该如何探测中微子？宇宙中的中微子数量相当巨大，对地球上的人来说，平均每秒就有数十万亿个中微子穿过身体。

所以尽管中微子撞上夸克的概率极低，但在这么多中微子里，总会有极少一部分能与地球上的物质发生相互作用。因此，科学家只需要建立一个巨大的靶子并严密监测，就有可能探测到中微子。

日本在地下存放5万吨超纯水，目的就是建造这样一个靶子。水越多，中微子撞上的机会就越大，所以要用5万吨水。

装置放在地下1000米深处，是因为地面上的宇宙射线太多，它们同样会产生闪光，干扰中微子信号。厚厚的岩层能挡住宇宙射线，中微子却能穿进来。

这个项目全称为超级神冈中微子探测实验。科学家把超纯水装进一个直径39.3米、高41.4米的不锈钢圆柱形容器内，并深埋在地下1千米的废弃矿井中。

所谓超纯水，就是用特殊的净化系统去除水中的离子、尘埃颗粒等杂质，得到的基本只含水分子的水，纯度可以无限接近百分之百。普通水不能用，因为水中的杂质会发光，干扰中微子信号。

只要水里有一点杂质，中微子产生的闪光就可能被盖住，探测器就什么也看不到了。为了保持纯度，整个系统是封闭的，水在里面不断循环，一层层过滤掉杂质。

5万吨水每个月都要维护，成本很高。中微子与水分子相互作用后，会释放出速度极快的高能粒子。

这些粒子的速度超过光在水中的传播速度，从而发出非常微弱的光信号，这就是物理学中的切伦科夫辐射。为了探测这些光信号，科学家在容器壁上安装了1.12万个光电倍增管，它们的作用是尽可能放大光信号。

工作时，这些光电倍增管就像1万多只眼睛，盯着容器里的超纯水，静静等待某个中微子撞上夸克时发出的一丁点微光。超级神冈探测器从1996年开始运行，到现在已经快30年了。

在它之前，神冈的探测器早就有了重要成果。神冈的探测器自1983年投入使用以来，给人类带来了一系列重大科学发现。

1987年2月23日，天体物理学家目睹了400年来最亮的一次超新星爆发。日本凭借神冈探测器，探测到了大麦哲伦星系中一颗超新星释放出的中微子，这些中微子比伽马射线暴提前三小时到达地球。

这是人类第一次在地球上探测到这类中微子信息，中微子天体物理学由此再次拉开帷幕。这也是神冈实验室领导人小柴昌俊获得2002年诺贝尔物理学奖的重要原因之一。

1998年，超级神冈的科学家发现了中微子振荡，证明中微子有质量。2015年，梶田隆章因中微子振荡研究获得诺贝尔奖。

地下千米的这一处水罐，前后与两项诺贝尔奖有关。这个装置还能监测超新星。银河系里如果有恒星爆炸，会放出大量中微子，而且比光先到地球。

探测器一旦发现中微子数量骤增，就能通知全世界的望远镜去观测。它还能监测太阳。

太阳内部的核聚变会产生中微子，它们从太阳核心直接跑出来，8分钟后到达地球。捕捉这些中微子，就能了解太阳内部正在发生什么。

这些成果花费不小。超级神冈探测器一期工程约87亿日元，后来的升级又花了几百亿日元。

水罐、一万多个光电倍增管和地下山洞，都是用真金白银建起来的。日本目前还在升级这个装置，要装更多探测器，建更大的水罐。

未来，日本还要建成顶级神冈中微子探测器，把26万吨超纯水深埋在1750米深的地下。新项目耗资将超过50亿元，建成后将成为最大的中微子探测器。

中国也在广东江门建成了江门中微子实验，装了两万吨液体闪烁体。超级神冈用的是水，探测效率不如液体闪烁体。

江门的装置建成后，在测量中微子参数方面有望超过日本，两个装置可以互相补充。有人认为这样花钱是浪费，但基础科学的回报往往难以预料。

据说法拉第发明发电机时，有人问这东西有什么用，他反问：“一个新生的婴儿有什么用？”到目前为止，人们对神秘的中微子仍然了解甚少。

但100多年前居里夫人发现原子核衰变时，同样没有人知道这意味着什么，而如今核能的利用已经深刻改变了世界。所以，随着人类对自然界的认识不断深入，等到更多谜团被揭开的那一天，也许会深刻影响人类的未来。