超级神冈探测器黑暗故事：5年前掉下去的扳手，如今只剩一个轮廓

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远在日本岐阜县废弃矿山中，深达1000米的地下隐藏着一处世间人造奇迹。不知情的话你恐怕会以为这里是科幻世界，它就是传说中的超级神冈探测器（Super-Kamiokande，简称Super-K）。用科学的语言来讲，它是大型中微子探测器。中微子是一种能够穿越空间和固体物质的亚原子粒子，其神奇的穿透特性令人难以想象。

通过研究这些粒子，科学家得以检测濒临灭亡的恒星，并进一步了解宇宙。这庞大的科学机器内部究竟是什么结构呢，其巨型金色容器内蕴藏着怎样的工作原理，有何危险？让我们了解一下。

揭开亚原子世界

中微子很难被发现，以至于美国著名天文学家兼科普工作者尼尔·德格拉塞·泰森将它们称为“宇宙中最难以捉摸的猎物”。

检测室被深埋在地球内部，以便阻止其他颗粒进入。

物质对于中微子来说无法构成任何障碍。打个形象的比方，中微子能够穿越100光年厚度的钢，并且几乎不会减速。

那么人类到底为什么要寻找中微子呢？

举例来说，如果在我们的星系中存在一颗超新星，它坍缩并演变成一个黑洞，我们该如何探测？像超级神冈探测器这样的装置使我们有能力探测到从超新星中释放出来的中微子。

在一颗恒星崩溃之前，它会发射出中微子，所以Super-K这样的探测器就可以起到预警系统的功能。它会提示我们应该在什么时候注意那些令人眼花缭乱的宇宙事件。

据粗略计算，在人类打造的探测器观测范围内，大约每30年就会出现一次超新星爆炸。如果你错过了一次，那么将不得不再等上几十年才能看到下一个。

贯穿日本的中微子发射

超级神冈探测器不仅仅捕捉从太空中飞来的中微子。

在日本另一侧的东海附近，T2K实验能够发射穿透地球295公里的中微子束，这正好被位于日本西部的超级神冈探测器捕获。

研究中微子在通过物质时变化（即所谓的“中微子振荡”）的方式，能够让我们了解更多关于宇宙起源的信息，比如物质和反物质之间的关系。

根据大爆炸模型的预测，物质和反物质应该是均等的。但是现在大部分反物质都以不可名状的方式消失了。而研究中微子则可能让科学家参透其中的奥秘。

如何捕捉中微子

超级神冈探测器埋在地下1000米深处，这相当于15层楼高的建筑物。

在其巨大的水箱内装满了50000吨超纯水。其意义是什么？由于中微子在水中的运动速度比光速更快。所以当中微子在水中行进时，会产生光线，这就像协和式飞机产生声爆那样。

如果一架飞机速度非常快，超越了声速，那么它会产生声音。这是一种巨大的冲击波，慢速物体是无法实现的。同样，如果一颗粒子穿越水，如果它比光在水中的速度更快，那么也会产生光的冲击波。

在检测室内，装配有11000个金色的灯泡。这些非常灵敏的光探测器叫做光电倍增管，能够捕捉这些冲击波。简单地讲，这些灯泡可以检测到极少量的光线，并将其转化为电流，进而被观察和记录。

可怕的超纯水

为了保证这些冲击波发出的光线能够到达传感器，水必须要超乎寻常地干净。 超级神冈探测器不断地对水进行过滤并重新净化，甚至还使用紫外线来杀死任何可能出现的细菌。

这听起来干净卫生，但实际上它可以说令人毛骨悚然。

因为，超纯水等待着溶解任何进入其中的物质！它可以说是非常非常可怕的东西，同时具有酸和碱的属性。

如果人要在这种超纯度的水中浸泡，恐怕会遭受相当程度的表皮脱落。

当超级神冈探测器需要维护时，研究人员需要乘坐橡胶小艇前去修理或更换传感器，就像图上这样。

在某一天工作结束后，他们的小艇 “坏掉”了。研究人员马莱克和同事躺在小艇上聊天时，没有留意自己的头发浸在了超纯水中，被浸泡的长度也就不超过3厘米。由于当时他们正在为探测器排水，所以大家并不担心污染问题。

但是，当马莱克半夜3点醒来，他意识到发生了什么。用他的话说，那是此生中从未有过的发痒感，比小时候出水痘还严重很多，奇痒无比，令人无法入睡。

他意识到，超纯水已经通过浸透发梢把营养物质吸走，而这种营养素的缺乏已经在他的头皮上显现了作用。他赶紧跑去淋浴，花了半个小时努力地调理头发。

另一个故事更为惊悚。据说在2000年，探测器水池被完全排干时，研究人员在水池底部发现了一个扳手的轮廓。显然，在1995年装填超纯水的时候有人落下了一个扳手。短短几年的时间，扳手已经被溶解了。

Super-K 2.0

超级神冈探测器已经很大了，不过目前科学家们已经提出建造更大的中微子探测器 “Hyper-Kamiokande”。

如果提案获得批准，那么2.0版本的超级神冈探测器将在2026年左右开始运转。它的体积比现在的超级神冈探测器大20倍，光检测器的数量相比目前的11000个，则升级到了99000个。

让我们拭目以待。