6.每秒有数十万亿个中微子穿过我们的身体

在世界范围内，日本的神冈探测器（Kamiokande）首次捕捉到了来自宇宙的中微子。这个巨大的实验装置位于岐阜县神冈矿山的地下1000米处，主要由蓄积了3000吨纯水的水箱和1000个光电倍增管组成。

宇宙中有大量中微子会到达地球，每秒约有数十万亿个中微子穿过我们的身体。中微子与其他物质几乎不发生任何碰撞和反应，可以直接穿透物质而行，因此确认这种粒子的存在是极其困难的。但是，神冈探测器于1987年2月在蓄积了大量纯水的水箱中，检测到了与水中电子发生碰撞的中微子。虽然这次检测到的中微子仅有11个，但已经可以说是硕果了。这也能侧面反映出捕捉中微子的难度极大。

神冈探测器捕捉到的这11个中微子，产生于大麦哲伦云中的超新星爆炸。这次超新星爆炸释放出了亮度超过整个星系的光。然而，这么亮的光，其能量也仅为这次超新星爆炸产生的总能量的1%。中微子则占据了超新星爆炸产生能量的99%。正因为这次超新星爆炸释放了如此多的中微子，神冈探测器才能捕捉到其中的11个。另外，超新星爆炸产生大量中微子这件事也向我们诉说了一个秘密，即发生爆炸的超新星与地球和太阳一样，也都是由“原子”构成的。

小柴昌俊也因这一成果而获得了2002年的诺贝尔物理学奖。顺便介绍一下，发生爆炸的超新星与地球相距16万光年，而中微子是以光速传播的，因此，这11个中微子经历了16万年的旅行才抵达神冈探测器。其实，当时小柴昌俊马上就要退休了，而这些中微子在他退休前的一个月到达了地球，这真是令人惊叹的好运。

另外，在这一发现的数月前，维护人员刚好将神冈探测器中蓄积的纯水清洁干净。如果纯水不够干净的话，就会有大量的噪声进入光电倍增管，导致无法辨别中微子。因此，如果没有那次纯水的清洁作业，小柴昌俊可能也无法获得诺贝尔奖。

此外，此次发现还有一个很有意思的小插曲。当时实验团队中有一名研究生，周围的人曾开玩笑说：“只要这家伙在这里，实验似乎就不顺利。”当神冈探测器捕捉到中微子时，这名研究生也刚好不在实验现场（笑）。这一重大发现，似乎是受到了幸运女神的各种眷顾。

如果没有这次发现，那么下一个重大实验项目“超级神冈探测器”（Super-Kamiokande）的预算可能难以获批。神冈探测器的蓄水量为3000吨，超级神冈探测器的蓄水量则为5万吨，内壁上的光电倍增管也增加到了11 200个。下次超新星爆炸时，超级神冈探测器可以一次捕捉到几千个中微子。

不仅如此，超级神冈探测器或许还能捕捉到大量中微子到访地球时突然消失的瞬间。实际上，现在超级神冈探测器的主要任务之一就是观测这一现象。如果超新星爆炸后形成了黑洞，那么爆炸中产生的中微子也无法逃出黑洞。因此，如果捕捉到中微子突然消失的瞬间，那么就能确定超新星爆炸后形成了黑洞。

图1-2 超级神冈探测器的内部

图1-3 超级神冈探测器的光电倍增管

虽然不知道什么时候才能观测到那种现象，但超级神冈探测器在其他研究上已取得不少成果。例如，观测结果显示，如同幽灵一般的中微子，其实拥有极其微小的质量。

这一发现具有重大意义，我们从中得到了令人震惊的事实。如果将宇宙中的所有中微子汇集在一起，那么其质量几乎与宇宙中所有天体的质量相同。中微子有质量这件事发现于1998年，在此后的十几年，我们对宇宙的认识也不断被革新。