前言
地球上有七成都是海洋，可以說，地球實際上也是個“水球”，但地球上的水摻雜著細菌、病毒、微生物、礦物質等等各種各樣的雜質。但是你相信這世界上有100%純度的水存在嗎？答案是有，而且不僅有，量還很大。
Tips:天然水中含有的雜質，按顆粒從大到小分類為懸浮物質、膠體物質、溶解物質(離子和分子) 。
這樣的情景發生在日本的岐阜縣的一座廢棄依舊的礦山裏，在離地面1000多米的地底下，赫然矗立著一個高達41米，直徑約為39米的圓柱形不鏽鋼容器，在這個約15層樓高的容器內部的牆壁上還密密麻麻地分布著大量金色圓球，容器內盛放的是達5萬噸的超純水。
這個神秘建築的官方名稱為“超級神岡探測器”，數十年來，日本已經在這個建築內存放了5萬噸超純水，預計未來這個數字會達到26萬噸。那究竟什麼是超純水，日本存放如此多的水在這裏的目的是什麼呢？
超純水顧名思義就是超級純度的水，這種水的構成除了水分子外幾乎沒有什麼雜質，。這種純度的水在自然界中不存在，只能由人工進行制作並儲備。
起初，超純水是為了研制一些精度很高的超純材料（半導體原件材料、納米精細陶瓷材料等）而生產出來的水。
超純水的電阻率往往大於18MΩ*cm，因此可以將超純水近似的看做是一種半絕緣體。正是由於它的不導電性，超純水現在往往被運用在電子電力、半導體芯片、高壓變電器的清洗的工藝中。
Tips:自來水電阻率是：300-700us/cm ；超純水的電阻率可以從18兆降到1兆，或者更低。電阻率與導體的長度、橫截面積等因素無關，是導體材料本身的電學性質，由導體的材料決定，且與溫度、壓力、磁場等外界因素有關。
由此看來，超純水其實與我們的生活也可以算得上是息息相關，那日本為什麼要花費大量的人力、物力和財力將5萬噸的超純水制作並存儲在地下1000米的龐大建築中呢？
超級神岡探測器
這是因為這個巨大的圓柱建築，其實並不僅僅是一個簡單的盛放超純水的容器，日本建造這樣的建築其實是為了利用超純水來捕獲宇宙中遊蕩的中微子的活動。進而揭露物質的起源甚至於宇宙起源的謎題。
1982年，日本科學界第一次進行了科學大發現活動，名為“神岡核子衰變實驗”。第一代的探測器僅僅只能容下3000噸的超純水，探測的能力遠遠不夠。於是，神岡探測器在1985年進行擴建。
功夫不負有心人，經過擴建的神岡探測器終於在1987年與美國一起發現了大麥哲倫雲中1987A超新星在爆發時釋放出的中微子信號。
Tips:1987A超新星在1987年2月23日，被一位加拿大天文學家在大麥哲倫星雲中發現，立即在世界各國的天文學界引起了轟動。這是自 1604年以來第一顆用肉眼就能看到的超新星，是20世紀最大的天體物理事件之一。
20年前的日本政府進而又投入了1個億美元的資金對神岡探測器進行擴建，這也就成了我們今天看到的“超級神岡探測器”。
宇宙“隱身人”——中微子
我們人類所處的自然界中存在著各種各樣的物質，而這些物質又是由各種基本粒子構成。（基本粒子是科學界已知的最小粒子，是構成物質世界的基本單位。）中微子就是基本粒子的一種，是整個宇宙中數量最多的粒子。
據悉，每一秒就有將近10萬億個來自太陽的中微子從我們人體中穿過，但是我們人體幾乎感受不到它的存在。這是因為中微子是一種中性粒子，它基本不與其他的物質起反應。
Tips:地球上的一切事物對於中微子來說都是可以隨意穿過的廣袤空間。人類想要探測到中微子的存在十分困難，所以中微子又被稱為宇宙“隱身人”。
在太陽的核心區域中，每一次氫核聚變的發生除了會產生伽馬光子之外，也會產生巨量的中微子。這些中微子從太陽向四周發散，只有約十分之一的中微子在穿過地球的時候被地球留下來，剩餘的部分全都飛向了宇宙深處。
前面提到了中微子是中性粒子，很難產生反應。那為什麼從太陽發散的中微子在經過地球時會被留下來呢？這是因為中微子在超純水中有極低的概率與水中的氫原子或氧原子發生反應。
由於光在水中的傳播速度僅僅只有真空中傳播速度的75%，因此接近光速傳播的中微子在穿過這些超純水時的速度，超過了光的速度。這樣一來，超純水中的中微子會因為“超光速”從而發出一種波長較短的電磁輻射，被稱為切倫科夫輻射。
Tips:契倫科夫輻射是介質中運動的物體速度超過光在該介質中速度時發出的一種以短波長為主的電磁輻射，其特征是藍色輝光。這種輻射是1934年由前蘇聯物理學家帕維爾·阿列克謝耶維奇·契倫科夫發現的，因此以他的名字命名。
日本之所以要在地下1000多米的地方建造這樣一個建築，實際上是為了更好地觀察切倫科夫輻射這一現象，並探索中微子的奧秘。因為在地下1000多米制作並儲備超純水，才可以隔絕地面上的一切高能原子的乾擾。
那為什麼一定要超純水呢？在我們的日常認知中，水中包含著各種各樣的雜質，其中不乏可以自由移動的電離子，這也就是為什麼水可以導電。而超純水與我們平時接觸的水不同，超純水中只有水分子，電阻率大於18MΩ*cm，幾乎可以認為是半絕緣體。
而前面提到的金色圓球其實是光電倍增管，通過它們可以將光信號放大1億倍，這才使得切倫科夫輻射能夠被我們人類用肉眼所捕捉到。
中微子振蕩猜想的證實
從太陽氫核聚變中伴隨伽馬光子一起產生的還有巨量的中微子，但這些中微子僅僅有十分之一最終被地球所吸收，而這十分之一中能被地球探測到的更是少之又少。
恒星物理學家計算研究表明：太陽每產生出三個光子，就會隨之而產生兩個中微子。但事實上，很長的一段時間內，地球上真正探測到的中微子的數量遠不及理論中的那麼多。
通過實際數據與理論計算對比，科學家們發現地球上探測到的中微子數量僅僅只有理論計算得出數量的三分之一。那剩下的理應出現的三分之二去哪兒了？
1987年2月23日，在距離地球16萬光年之外的大麥哲倫星雲發生了超新星爆發事件，科學家們驚奇的發現這次爆發所產生中微子並沒有像太陽氫核聚變所產生的的中微子一樣莫名消失三分之二。
Tips:超新星爆發是某些恒星在演化接近末期時經歷的一種劇烈爆炸。這種爆炸都極其明亮，過程中所突發的電磁輻射經常能夠照亮其所在的整個星系，並可持續幾周至幾個月才會逐漸衰減變為不可見。
於是學術界開始流行一種猜想，即中微子會不會有三種且三者可以互相轉化而不是以往認知中的單一種類，這種猜想被稱作中微子振蕩猜想。
這一猜想在1998年被日本科學家梶田隆章利用升級之後的第二代神岡探測器證實。
他在實驗中發現，之所以超純水中微子的數量比我們計算預期中的數量要少這麼多，是因為這些中微子在漫長的飛行過程中自發轉變了形態，成為了其他種類的中微子。
就好比一群馬在奔跑的過程中突然變成了羊，又變成了一群獅子。而這種轉變形態的現象就是中微子振蕩，梶田隆章也憑借這一發現被授予了2015年諾貝爾物理學獎。
Tips:中微子振蕩理論的證實意味著中微子具有非零的靜質量，對理論物理和實驗物理都非常重要。
根據已知的物理規律，在宇宙早期形成過程中，正反物質應當結對產生且數量一致。但如今的宇宙中，並沒有發現大量反物質存在的跡象，那為什麼宇宙僅僅只有正物質？沒有反物質呢？
這是回答宇宙起源的關鍵所在，中微子振蕩的發現帶來了一個肯定的結論即：正反粒子的行為未必是一致的，在不一樣的行為過程中極有可能造成了反物質的缺失。因此，對於中微子振蕩現象的研究是破解宇宙起源的重要一環。
盡管我們人類現代文明對於中微子已經頗有成果，但是中微子難以探測的屬性並沒有改變，我們仍需要更精密更優秀的儀器進行探測。
中微子的研究對我們的生活有什麼影響呢？
實際上，除去上文中提到的宇宙起源等高大上的問題，中微子研究的研究成果也是時刻滲透在我們的生活之中。
1.中微子通信技術
上文中我們提到，中微子是中性粒子，幾乎不與任何事物產生反應。因此，它在穿越地球的時候損耗極小。科學家們發現如果用高能加速器產生10億電子伏特的中微子穿過地球時，這個損耗僅僅只為千分之一。
因此，業界將中微子束進行改造，將其攜帶我們所要傳達的信息在地球上進行通訊聯系，這樣操作的成本比起傳統的通訊方式極低。
2.中微子地球掃描技術
如果使用高能加速器釋放的能量為10000億電子伏特以上的中微子束進行定向照射地層，中微子束與地層物質作用可以造成一個局部的小型“地震”。
這種方法與地震勘探法類似，可以對地球的深層地層進行逐一掃描與勘探。這樣的勘探就好比給地球進行CT照射，對石油等地下資源的開采有著極為重要的意義。
毫無疑問，中微子已經成為了地質學與天文學等等學科廣泛運用的工具，無論是宇宙中超新星的爆發，還是地球內部的核衰變都會產生巨量的中微子，而人類對於這些中微子的勘測，也能幫助我們不斷的認識世界，認識自己。
我國中微子研究現狀
我們國家對於中微子的研究雖然起步較晚，不如日本、美國等國家，但是不能否認的是，我國目前在中微子研究這一領域取得的成果，舉世矚目。
2007年，大亞灣反應堆中微子實驗項目開始建設，並於2011年底投入運行。這個實驗項目整合了全球6個國家和地區的40多家相關科研的單位，是中美在基礎研究領域規模最大的項目之一。
2012年3月，中國大亞灣中微子實驗室檢測到一種全新的中微子振蕩並准確測量到它的振蕩概率。這個發現一經報道就震驚了國際粒子物理界，被美國Science雜質評選為2012年十大科學突破，這一發現也奠定了中國在中微子研究領域的國際地位。
但大亞灣仍然只是一個短期項目，中國的中微子研究不能在大亞灣之後就止步不前。因此，江門中微子實驗站出現在大家的視野中。從大亞灣到江門，中國對於中微子研究領域的嘗試與突破從未停過。
江門中微子實驗測量的是微子中的質量順序，同時它也可以精確測量中微子的振蕩參數，且已經達到國際最好的水平。
Tips:江門中微子實驗項目的700米地下超純水實驗水池已經施工完畢，預計2023年投入使用。
結語
人類對於中微子的研究自上世紀以來從未停下腳步，這項研究不僅僅是為了填補粒子物理的空白，更是為了幫助我們找到更多問題的答案。
目前對於中微子的研究都是基礎科學的研究，但是今天我們研究的科學說不定在明天就會轉變為技術為我們所用。
這是一代代科學家的不懈努力，我們才有了如今的好生活。而隨著中微子研究的不斷深入，或許在未來的某一天，我們真的可以用科學去解釋宇宙起源的問題。
