在1996年,日本人不聲不響地在一座1000米深的山底下,埋了整整5萬噸超純水。這可不是普通的自來水,連喝都不能喝:它太“干凈”了,干凈得連細菌都活不了。
你說這事兒邪門不?這水一存就是幾十年,沒人動它,就那么靜靜地躺在黑暗里。你肯定要問,這是要造神仙飲料,還是準(zhǔn)備給外星人接風(fēng)洗塵?
其實都不是,這背后藏著人類探索宇宙最根本秘密的一場豪賭,他們想抓住來自宇宙深處的“幽靈粒子”,中微子。
日本這個項目叫超級神岡探測器,建在岐阜縣飛驒市的神岡礦山地下。為什么要挖這么深?因為地球表面到處都是宇宙射線、電磁干擾,各種“噪音”吵得科學(xué)家根本聽不清宇宙的低語。只有鉆進1000米厚的巖層底下,才能把這些亂七八糟的信號擋住,給真正的“天外來客”騰出舞臺。
而那個舞臺,就是那個裝著5萬噸超純水的巨大不銹鋼圓筒容器,直徑40米,高約42米,相當(dāng)于一棟14層樓高的倒立水塔。
整個容器內(nèi)壁密密麻麻排布著1.1萬個光電倍增管,它們就像幾萬個極其敏感的“眼睛”,專門盯著水中可能發(fā)生的極微弱閃光。
那這些“眼睛”到底在等什么?等的就是中微子。中微子是宇宙中最神秘的粒子之一,質(zhì)量小到幾乎測不出來,幾乎不和任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),每秒鐘有上萬億個從中微子穿過你的身體,你卻毫無感覺。
它們誕生于太陽內(nèi)部的核聚變、超新星爆發(fā)、甚至是宇宙大爆炸的余波,可以說是宇宙的“信使”。誰能捕捉到它們,誰就能讀懂恒星怎么燃燒、黑洞怎么撕裂恒星、甚至宇宙是怎么起源的。
但問題來了,它們太難抓了。正因如此,科學(xué)家才想出一個巧妙的辦法:把探測器泡在超純水里,當(dāng)中微子偶爾和水里的原子核或電子撞上時,會產(chǎn)生一種叫切連科夫輻射的藍光,就像超音速飛機突破音障時產(chǎn)生的音爆一樣,只不過這是“光爆”。
那一瞬間的微弱藍光,會被四壁的光電管捕捉到,從而反推出中微子的方向、能量和類型。
超級神岡干的,就是這件“守株待兔”的事,它不光等太陽來的中微子,還盯住大氣中由宇宙射線撞擊產(chǎn)生的中微子,甚至接收過1987年大麥哲倫云中超新星爆發(fā)傳來的中微子信號。
它的成果可不是鬧著玩的,早在1998年,超級神岡就首次提供了中微子振蕩的確鑿證據(jù),也就是說,中微子能在三種“味”之間來回變身,這直接證明了它們有質(zhì)量。
這一發(fā)現(xiàn)顛覆了標(biāo)準(zhǔn)模型中“中微子無質(zhì)量”的假設(shè),讓物理學(xué)界炸了鍋,主導(dǎo)研究的小柴昌俊也因此獲得了2002年諾貝爾物理學(xué)獎。此后,超級神岡持續(xù)運行,不斷積累數(shù)據(jù),為理解中微子質(zhì)量順序、CP破壞等前沿問題提供關(guān)鍵支撐。
你可能會說,花這么大勁,就為了看一眼看不見摸不著的粒子,值嗎?其實,這種基礎(chǔ)研究的價值,往往幾十年后才顯現(xiàn)。當(dāng)年法拉第研究電磁感應(yīng)時,也沒人知道這能帶來電燈電話。
今天中微子研究不僅推動理論物理前進,還在發(fā)展新型探測技術(shù)、極端材料、精密光電系統(tǒng)等方面帶來突破。比如超純水的制備工藝,已經(jīng)應(yīng)用在半導(dǎo)體制造和醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域;那些超高靈敏度的光電管,也成了深海探測和核監(jiān)測的關(guān)鍵設(shè)備。
更重要的是,這類項目培養(yǎng)了一代又一代頂尖科學(xué)家,形成了國際合作的典范?,F(xiàn)在,超級神岡正在升級為“神岡探測器”,水量將擴大到26萬噸,靈敏度提升十倍,預(yù)計2027年投入運行。
中國江門中微子實驗、美國DUNE項目也在緊鑼密鼓推進,全球中微子競賽已經(jīng)打響。那5萬噸水是人類伸向宇宙深處的一只耳朵,靜靜聽著來自星辰的低語。
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