• 首页>
  • 科学探索>
  • 地下储藏5万吨淡水,用来实时监测宇宙,神冈探测器有何目的?

地下储藏5万吨淡水,用来实时监测宇宙,神冈探测器有何目的?

2025-02-19 06:33:58阅读量:9 字体:

在全球大缺水的背景下,日本却在一个废弃矿山的地下拥有五万吨水的储量,而且这五万吨水并不是海水,而是珍贵的淡水。日本人储存这么多水在地下是否别有用心,还是说有什么不可告人的目的。

超级神冈探测器

五万吨水位于日本茂住矿山的地下一千米处,它有一个特别的名字叫作超级神冈探测器。这些水并不是以人们常见的储存水的方式储存在地上的,比如一个大水池,或者放在很多个水桶里,而是用一个高41米、直径39米的不锈钢圆柱容器装着的。

之所以叫探测器,是因为这个储存水的地方并不是为了某个特殊时刻存水,而是为了探测,水箱的外部全部都是探测器,共有11200个光电倍增管,用于探测中微子,探测是通过观察中微子与水中的氢原子氧原子的相互作用过程而完成的。

地下储藏5万吨淡水,用来实时监测宇宙,神冈探测器有何目的?

探测器1983年建成,刚建成时名为“神冈核子衰变实验”,这个设施的存在目的就是探测粒子物理学中的一个基本问题,即质子衰变。质子衰变可以用来解答物理学中的一个难题,为何宇宙中的物质比反物质多?

这个失衡的情况需要人类通过观测才能解答,而神冈核子衰变实验最初就是为了解答这个难题而建成的。后来探测器开始进行扩建,提高了其灵敏度,投入使用后,1987年,它发现了大麦哲伦云中超新星1987A爆发时产生的中微子。

探测器观测中微子

生命体、物质、水、空气和宇宙的一切,可以说都是由基本粒子构成的。基本粒子的定义就像是最小分数一样,无法再次被分解了,而中微子就是基本粒子的其中之一。中微子有几个来源,首先是宇宙诞生的时候产生了大量的中微子。

因此中微子广泛存在于太阳和星星的内部。其次,当一颗大质量恒星崩塌的时候,也会产生大量的中微子。再次,宇宙射线射向地球的时候会先接触到大气层,接触过程中也会产生中微子。


最后,地球内部、核电厂的核反应堆、加速器等等也会产生中微子。中微子几乎是无处不在的,每秒都有数百万亿个中微子来自太阳,然后穿过人类世界,穿过人类的身体,它们是非常微小的基本粒子,甚至是人类体积的百分万之一。

宇宙的诞生和发展过程中有很多谜团,其中最大的谜团之一就是理论上讲,通过与“反物质”的双重湮灭,宇宙应该已经变成了“无物质宇宙”,但事实是人类和众多星球却仍存在于宇宙中。中微子很可能就是解密的关键。

超级神冈探测器的运作原理

超级神冈探测器用一个巨大的水箱,和一万多个光电倍增管进行观测研究。首先,它的实验的目的之一是通过对太阳中微子、大气中微子和人造中微子的观测来阐明中微子的性质。1998年,探测器发现了中微子飞行过程中发生的中微子振荡。

2001年,通过观测太阳中微子,探测器又发现了太阳中微子振荡。2011年,探测器还发现了人造中微子的第三种中微子振荡模式。阐明中微子的特性将帮助人类揭开早期宇宙中物质是如何产生的谜团。


其次,当中微子喷射出的带电粒子传播速度极高,在水中的传播速度甚至能够超过光速时,就会发出切伦科夫光。这种现象可以简单理解为水鸟在水面上快速行进时产生的水波。光电倍增管提供有关接收到的光量和接收时间的信息。

基于它们,带电粒子的能量、行进方向、位置和粒子类型可以被确定。最后,之所以5万吨水组成的探测器要在地下工作,主要是因为地球不断受到来自太空宇宙射线的轰击,而当宇宙射线与地球大气层碰撞时,会产生介子、电子和中微子等粒子。

这些粒子被称为二次宇宙射线,钻入地下后,许多具有研究价值的介子会失去能量并停留在土壤中。而覆盖探测器的山脉就像是一把遮雨伞,阻挡了干扰中微子观测的宇宙射线,宇宙射线即使想要穿透山脉,也会不断衰减。

因为中微子可以穿过任何东西,又在极少数的情况下才可以与物质相互作用,因此尽管大量中微子从太空中落下,但对它们的观察是非常困难非常难实现的。而它们在超级神冈探测大型水箱中可以相互作用,帮助人类更加方便地观察它们。

推荐阅读

  • 意大利为何在两次世界大战中背叛德国(政治和经济的矛盾等)

    意大利为何在两次世界大战中背叛德国(政治和经济的矛盾等)

    意大利在两次世界大战中背叛德国有政治和经济等客观的矛盾,也有国家的历史因素。在两次世界大战中,意大利曾与德国结盟,成为轴心国之一,但在战争进行到一定阶段,意大利却转而背叛德国,加入了盟军阵营。这一行为...

    阅读: 988

  • 为什么西方能够诞生繁荣的思想文化(历史传承)

    为什么西方能够诞生繁荣的思想文化(历史传承)

    西方文化能够繁荣发展,有着诸多原因。其历史传承、辉煌历史的印记、社会制度和思维方式以及开放与包容的态度等都是西方文化持续繁荣发展的关键因素。在人类文明的漫长历史中,西方无疑是一个备受瞩目的区域。从古希...

    阅读: 1150

  • 薛定谔的猫是啥意思(理想实验)

    薛定谔的猫是啥意思(理想实验)

    薛定谔的猫,一个名字耳熟能详的思想实验,已经广为流传了几十年。这个实验的名字已经与科学和哲学的交叉处相辉映,引发了无数讨论和思考。但究竟薛定谔的猫意味着什么?这个问题并不简单,涉及到量子力学、哲学和现...

    阅读: 1084

  • 宇宙边界外面是什么样子(没有确切的答案)

    宇宙边界外面是什么样子(没有确切的答案)

    自古以来,人类对星空的探索始终充满着深深的好奇和敬畏之情。然而,尽管现代科学技术使我们对宇宙有了更深入的了解,但宇宙的边界仍然是一个神秘而令人费解的领域。一、宇宙的边界”根据相对论的理论,...

    阅读: 2853

  • 为什么恐龙上亿年都没进化出智慧 (生物和环境因素决定的)

    为什么恐龙上亿年都没进化出智慧 (生物和环境因素决定的)

    恐龙上亿年都没进化出智慧是由复杂的生物因素和环境因素共同决定的。人类和恐龙是地球上两个不同时代的统治者,这两个时代的地球霸主之间有着显著的差异,最明显的是人类进化出了智慧文明,而恐龙却没有。这引发了人...

    阅读: 2024

  • 人类数学史上三次危机是什么(芝诺悖论)

    人类数学史上三次危机是什么(芝诺悖论)

    数学的发展伴随着人类文明的进步,但这个看似严谨的学科也曾经历了几次危机,其中最著名的就是芝诺悖论。然而,在探讨这些危机时,我们也将了解到数学是如何从危机中迈出,并不断进步的。第一次危机:无理数的诞生古...

    阅读: 1415

  • 为什么再也没有别的猿进化成人类了(多样性和不确定性)

    为什么再也没有别的猿进化成人类了(多样性和不确定性)

    多样性和不确定性、时间跨度。进化论,作为一项重要的科学理论,一直在引领着人类对生命演化的认识。然而,对于进化论的误解和扭曲却屡见不鲜,尤其是关于人类起源和进化方向的讨论更是频繁。我们将探讨为什么再也没...

    阅读: 446

  • 让人没有兴趣去了解的生肖是什么(牛)

    让人没有兴趣去了解的生肖是什么(牛)

    生肖牛、生肖兔、生肖蛇、生肖羊。在生活中,总有一些人显得十分有趣,引人好奇想要更多地了解他们的生活。然而,这些生肖过于低调,让人难以产生兴趣去了解。1. 生肖牛生肖牛的人通常比较固执,喜欢低调认真地去...

    阅读: 2283

  • 对喜欢的人很难说喜欢的生肖有哪些呢(虎)

    对喜欢的人很难说喜欢的生肖有哪些呢(虎)

    生肖虎、生肖兔、生肖蛇、生肖狗。在情感表达上,有些人可以轻松地向喜欢的人表达喜欢,而有些人却显得十分吞吞吐吐。在十二生肖中,这些生肖在面对喜欢的人时很难直接表达喜欢的情感。1. 生肖虎生肖虎的人自尊心...

    阅读: 516

  • 龅牙男人的命运好吗(事业相当不错)

    龅牙男人的命运好吗(事业相当不错)

    龅牙男人的命运并不差,尤其在事业方面有着相当不错的发展潜力。他们的诚实、善良和努力会为他们赢得身边人的认可和支持,为自己的生活创造出美好的前景。1、老实巴交龅牙男人通常是非常老实巴交的人,他们靠着自己...

    阅读: 1264

热门文章