日本擬建全球最大中微子探測器

2019年12月19日08:27  來源:科技日報
 

  科技日報北京12月18日電 (記者劉霞)據英國《自然》雜志網站報道,日本內閣近日批准了“頂級神岡”中微子探測器的建造計劃,並同意撥款3200萬美元作為首批建造費用。科學家期盼這一探測“巨頭”能帶來革命性發現,加深對中微子及反中微子行為差異的理解,並探測到質子衰變等。

  “頂級神岡”是日本現有“超級神岡”探測器的“繼任者”。1998年,“超級神岡”提供了中微子振蕩的首個確鑿証據,將負責人梶田隆章送上2015年諾貝爾物理學獎領獎台。“頂級神岡”建成后將成為迄今最大的中微子探測器。

  “頂級神岡”將建於岐阜縣飛彈市地下,能探測宇宙射線、太陽、超新星和粒子加速器等各種來源產生的海量中微子。主體設施直徑68米、深約71米、儲水26萬噸,是“超級神岡”的5倍多,水池壁上約4萬個光電倍增管,可捕捉中微子與水反應發出的微光。

  梶田隆章16日表示,中微子物理學家對“頂級神岡”的到來滿懷期待,因為它能研究中微子與反中微子的行為差異,這有助於解釋為什麼宇宙看似由物質主導。“超級神岡”已看到一些“蛛絲馬跡”,但“頂級神岡”和美國“深層地下中微子實驗”(DUNE,使用液態氬)應能使用不同技術實現高精度測量,從而相互佐証。DUNE將於2025年啟動。除這兩大“巨頭”外,位於中國廣東的“江門地下中微子實驗(JUNO)”也是本世紀20年代將開始運行的三大主要中微子實驗之一,它將於2021年開始收集數據。

  東京大學物理學家、“超級神岡”發言人中清水雅之表示,“頂級神岡”還有望發現質子衰變。質子衰變從未被觀察到,因此極罕見,這意味著質子的平均壽命超過10的34次方年。

  在粒子物理學標准模型中,質子不能衰變,但許多試圖取代標准模型的理論預言了質子衰變。由於“頂級神岡”用於探測中微子的水量遠超“前任”,因此更可能觀測到質子衰變。如果沒有,那意味著質子的平均壽命還將增加十倍。

  據悉,“頂級神岡”總費用約6億美元,日本將提供75%左右,其余資金將由英國和加拿大等支付。日本物理學家表示,日本議會可能於下月正式批准該項目。

  總編輯圈點

  在日本國內,“頂級神岡”被認為是有望助科學家摘取諾貝爾獎的探測器。其原因在於,雖然我們已知身邊充滿著物質,但迄今並不清楚最初物質為何會在宇宙中存在。宇宙誕生之后,應曾存在相同數量的物質以及反物質,但這樣的話物質又會被消滅,不可能產生星體和所有生物。想解開這個謎團,關鍵就是中微子。究竟是否由於中微子的影響,物質和反物質的均衡才被打破?這一推測可能會被“頂級神岡”驗証嗎?巨額投入的探測器是否還能帶來如當年LHC一樣的曙光?整個基本粒子物理學界,都在拭目以待。

(責編:趙竹青、呂騫)