据参与该项目的科学家称,日本内阁委员会于12月13日批准了数十亿日元的建造后,日本将建造历史上最大的中微子探测器。Hyper-Kamiokande将拥有260,000吨超纯净水,是其本身已经非常庞大的Super-Kamiokande所含水量的五倍多。新的探测器将建在一个巨大的洞穴内,该洞穴将在飞ida市上冈冈矿山附近挖出,物理学家希望它将带来关于这些普遍存在的粒子的开创性发现。
超-Kamiokande(Hyper-K)的巨大尺寸将使其能够探测到各种来源产生的空前中微子,这些中子包括宇宙射线,太阳,超新星和现有粒子加速器人工产生的束。除了捕获中微子外,它还将监控水中原子核中质子可能自发的衰变,如果观察到,这将是一个革命性的发现。
尽管政府尚未就批准书发表正式声明,但几位科学家告诉《自然》杂志,国家内阁批准了第一笔35亿欧元(合3200万美元)的建设拨款,作为本财政年度追加预算的一部分星期五的会议期间,“结束于3月”。
预算将需要议会批准;日本物理学家说,这很可能在下个月发生。
一项艰巨的任务
东京大学中微子物理学家Masato Shiozawa说,建造这种探测器的费用预计为649亿美元,约合6亿美元。J-PARC加速器(在东海约300公里处)将产生中微子束,而升级将需要额外的73亿美元。
日本将提供该项目总资金的约75%,其余的将由国际伙伴支付。伦敦金学院(King College London)物理学家,同时也是Hyper-K联合负责人的弗朗西斯卡·迪·洛多维科(Francesca Di Lodovico)表示,尽管英国和加拿大的财政捐款规模尚未确定,但其他几个国家也将参与该项目。 。
Hyper-K将由一个71米深,68米宽的鼓形坦克组成。距现有神冈设施8公里处的场地将使用装药的储罐的大厅挖掘爆炸物,以避免振动干扰即将开始运行的KAGRA引力波探测器。数十年前选择神冈市是因为现有的采矿设施和高质量的岩石,以及充足的淡水供应。
与在Super-K中一样,Hyper-K内部的水箱将衬有称为光电倍增管的灵敏光检测器。当中微子与水中的原子碰撞时,这些将捕获微弱的闪光,从而使带电粒子高速射出。
Hyper-K将是2020年代开始的三项主要的下一代中微子实验之一。其他是将于2025年在美国开始的深层地下中微子实验(DUNE),以及中国的江门地下中微子观测站(JUNO),预计将于2021年开始收集数据。
精密量测
东京大学物理学家Takaaki Kajita在12月16日于伦敦举行的会议上表示,中微子物理学家对Hyper-K感到兴奋,因为它能够研究中微子及其反物质对应物抗中微子的行为差异。 。Kajita说,这种不对称性可以帮助解释为什么宇宙似乎主要包含物质而几乎没有反物质。他因共同发现中微子振荡而获得了2015年诺贝尔物理学奖,他是在1990年代使用Super-K制成的。
Super-K已经看到了这种差异的迹象,但是Hyper-K和DUNE都应该能够使用两种不同的技术进行高精度测量,“ DUNE将使用液态氩而不是水”提供了重要的交叉检查。卡吉塔说:“嘿有相似的敏感性,但对我来说,互补性是一个重要方面。”
东京大学的物理学家,日本和美国领导的国际合作机构Super-K的发言人中hat正昌说,但Hyper-K可以希望做出的最大发现是质子的衰变。质子衰减从未被观察到,因此,如果根本没有发生,则必须极其罕见,这意味着质子的平均寿命非常长,超过1034年。
当前的粒子物理学标准模型不允许质子衰变,但是许多提议取代质子衰变并统一自然基本力的理论确实可以预测这种现象。由于Hyper-K监视的水量要比Super-K大得多,因此它更有可能看到质子衰减。如果不检测到这种现象,质子的平均寿命极限将增加十倍。