日本拟建全球最大中微子探测器

日本拟建全球最大中微子探测器“顶级神冈”有望进一步揭示宇宙为何由物质主导

科技日报北京12月18日电 (记者刘霞)据英国《自然》杂志网站报道,日本内阁近日批准了“顶级神冈”中微子探测器的建造计划,并同意拨款3200万美元作为首批建造费用。科学家期盼这一探测“巨头”能带来革命性发现,加深对中微子及反中微子行为差异的理解,并探测到质子衰变等。

东京大学物理学家、“超级神冈”发言人中清水雅之表示,“顶级神冈”还有望发现质子衰变。质子衰变从未被观察到,因此极罕见,这意味着质子的平均寿命超过10的34次方年。

“顶级神冈”将建于岐阜县飞弹市地下,能探测宇宙射线、太阳、超新星和粒子加速器等各种来源产生的海量中微子。主体设施直径68米、深约71米、储水26万吨,是“超级神冈”的5倍多,水池壁上约4万个光电倍增管,可捕捉中微子与水反应发出的微光。

梶田隆章16日表示,中微子物理学家对“顶级神冈”的到来满怀期待,因为它能研究中微子与反中微子的行为差异,这有助于解释为什么宇宙看似由物质主导。“超级神冈”已看到一些“蛛丝马迹”,但“顶级神冈”和美国“深层地下中微子实验”(DUNE,使用液态氩)应能使用不同技术实现高精度测量,从而相互佐证。DUNE将于2025年启动。除这两大“巨头”外,位于中国广东的“江门地下中微子实验(JUNO)”也是本世纪20年代将开始运行的三大主要中微子实验之一,它将于2021年开始收集数据。

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据悉,“顶级神冈”总费用约6亿美元,日本将提供75%左右,其余资金将由英国和加拿大等支付。日本物理学家表示,日本议会可能于下月正式批准该项目。

“顶级神冈”是日本现有“超级神冈”探测器的“继任者”。1998年,“超级神冈”提供了中微子振荡的首个确凿证据,将负责人梶田隆章送上2015年诺贝尔物理学奖领奖台。“顶级神冈”建成后将成为迄今最大的中微子探测器。

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在日本国内,“顶级神冈”被认为是有望助科学家摘取诺贝尔奖的探测器。其原因在于,虽然我们已知身边充满着物质,但迄今并不清楚最初物质为何会在宇宙中存在。宇宙诞生之后,应曾存在相同数量的物质以及反物质,但这样的话物质又会被消灭,不可能产生星体和所有生物。想解开这个谜团,关键就是中微子。究竟是否由于中微子的影响,物质和反物质的均衡才被打破?这一推测可能会被“顶级神冈”验证吗?巨额投入的探测器是否还能带来如当年LHC一样的曙光?整个基本粒子物理学界,都在拭目以待。

在粒子物理学标准模型中,质子不能衰变,但许多试图取代标准模型的理论预言了质子衰变。由于“顶级神冈”用于探测中微子的水量远超“前任”,因此更可能观测到质子衰变。如果没有,那意味着质子的平均寿命还将增加十倍。