Βικιπαίδεια

Hyper-Kamiokande

Το Hyper-Kamiokande (εν συντομία Hyper-K ή HK) είναι ένα πείραμα νετρίνων που βρίσκεται υπό κατασκευή στην Χίντα, Gifu και στο Τόκαϊ, Ιμπαράκι στην Ιαπωνία. Διεξάγεται από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο και τον Οργανισμό Έρευνας Επιταχυντών Υψηλής Ενέργειας της Ιαπωνίας (ΚΕΚ), σε συνεργασία με ινστιτούτα από πάνω από 20 χώρες σε έξι ηπείρους.[1][2] Ως διάδοχος των πειραμάτων Super-Kamiokande (επίσης Super-K ή SK) και T2K, έχει σχεδιαστεί για να την αναζήτηση διάσπασεων πρωτονίων και την ανίχνευση νετρίνων από φυσικές πηγές όπως η Γη, η ατμόσφαιρα, ο Ηλιος και το Σύμπαν, καθώς και για να μελετήσει τις ταλαντώσεις των νετρίνων που παράγονται από επιταχυντή σωματιδίων. [3]:6, 20-28 Η έναρξη της λήψης δεδομένων είναι προγραμματισμένη για το 2027.[4]

Επισκόπηση του πειράματος Hyper-Kamiokande

Η πειραματικές εγκαταστάσεις του Hyper-Kamiokande θα βρίσκονται σε δύο μέρη:

  • Η δέσμη νετρίνων θα παράγεται στο συγκρότημα επιταχυντή J-PARC (36.445°N 140.606°E ) και θα μελετάται από ένα σύνολο κοντινών και ενδιάμεσων ανιχνευτών που βρίσκονται στο χωριό Τόκαϊ, της επαρχίας Ιμπαρακί, στην ανατολική ακτή της Ιαπωνίας.[3]
  • Ο κύριος ανιχνευτής, που ονομάζεται επίσης Hyper-Kamiokande (HK), κατασκευάζεται κάτω από την κορυφή του βουνού Nijuugo στην πόλη Hida, της επαρχίας Gifu, στις Ιαπωνικές Άλπεις (36°21′20.105′′N 137°18′49.137′′E / 36.35558472°N 137.31364917°E / 36.350558472; 137.31464917[3]: 56). Ο ανιχνευτής HK θα χρησιμοποιηθεί για την αναζήτηση διασπάσεων πρωτονίων, μελέτες νετρίνων από φυσικές πηγές και θα λειτουργήσει ως μακρινός ανιχνευτής για τη μέτρηση των ταλαντώσεων της δέσμης των νετρίνων από τον επιταχυντή στο J-PARC, στην απόσταση που αντιστοιχεί στο πρώτο μέγιστο ταλάντωσης. [3] :53–56[5]

Πρόγραμμα Φυσικής

Επεξεργασία

Ταλαντώσεις νετρίνων από δέσμη επιταχυντή και από την ατμόσφαιρα

Επεξεργασία

Οι ταλαντώσεις των νετρίνων είναι ένα κβαντομηχανικό φαινόμενο κατά το οποίο τα νετρίνα αλλάζουν τη γεύση τους (καταστάσεις γεύσης των νετρίνων: νe, νμ, ντ ) ενώ κινούνται, που οφείλεται στο γεγονός ότι οι καταστάσεις γεύσης των νετρίνων είναι ένα μείγμα των καταστάσεων μάζας των νετρίνων (ν1​, ν2​, ν3 καταστάσεις μάζας με μάζες m1, m2​, m3​ αντίστοιχα). Οι πιθανότητες ταλάντωσης εξαρτώνται από τις έξι θεωρητικές παραμέτρους:

  • τρεις γωνίες (θ12, θ23 και θ13) που καθορίζουν τη μίξη μεταξύ των ιδιοκαταστάσεων μάζας και γεύσης
  • δύο διαφορές των τετραγώνων της μάζας (∆m221 και ∆m232, όπου ∆m2ij = m2i - m2j)
  • έναν παράγοντα φάσης (δCP), υπεύθυνo για την ασυμμετρία ύλης-αντιύλης (παράβαση της συμμετρίας CP) στις ταλαντώσεις νετρίνων

και δύο παράμετρους που επιλέγονται από το πείραμα:

  • ενέργεια των νετρίνων
  • την απόσταση που ταξιδεύουν τα νετρίνα και στην οποία μετρούνται οι ταλαντώσεις.[6] :285–311

Συνεχίζοντας τις μελέτες που πραγματοποιήθηκαν από το πειραμα T2K, ο μακρινός ανιχνευτής HK θα μετρήσει τα ενεργειακά φάσματα των νετρίνων ηλεκτρονίων και νετρίνων μιονίων στη δέσμη (που παράγεται στο J-PARC ως σχεδόν καθαρή δέσμη νετρίνων μιονίων) και θα τα συγκρίνει με την αναμενόμενη περίπτωση χωρίς ταλαντώσεις, η οποία αρχικά υπολογίζεται με βάση τα μοντέλα ροής και αλληλεπίδρασης νετρίνων και βελτιώνεται με τις μετρήσεις που πραγματοποιούνται από τους κοντινούς και ενδιάμεσους ανιχνευτές. Για την ενέργεια της δέσμης νετρίνων HK/T2K (600 MeV) και την απόσταση μεταξύ των J-PARC και HK/SK (295 km), η σύγκριση αντιστοιχεί στο πρώτo μέγιστo ταλάντωσης, για ταλαντώσεις που εξαρτώνται από το ∆m232. Η δέσμη νετρίνων στο J-PARC θα μπορεί να παράγεται τόσο ενισχυμένη με νετρίνα όσο και με αντινετρίνα ξεχωριστά, πράγμα που σημαίνει ότι οι μετρήσεις νετρινό σε κάθε δέσμη θα παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την πιθανότητα επιβίωσης (αντι)νετρίνων μιονίου P(νμ → νμ), P(ν̅μ → ν̅μ), και την πιθανότητα εμφάνισης (αντι)νετρίνων ηλεκτρονίου P(νμ → νe), P(ν̅μ → ν̅e), όπου P(να → νβ) είναι η πιθανότητα ένα νετρινο αρχικά με γεύση α να παρατηρηθεί αργότερα με γεύση β.[3]

 
Η ικανότητα του Hyper-K να απορρίψει τη διατήρηση της συμμετρίας CP ως συνάρτησης της πραγματικής τιμής του παράγοντα παραβίασης της συμμετρίας, δCP

Η σύγκριση των πιθανοτήτων εμφάνισης για νετρίνα και αντινετρίνα P(νμ → νe) έναντι P(ν̅μ → ν̅e) επιτρέπει τη μέτρηση της φάσης δCP. Η δCP κυμαίνεται από −π έως +π (από −180° έως +180°), ενώ οι τιμές 0 και ±π αντιστοιχούν στη διατήρηση της συμμετρίας CP. Μετά από 10 χρόνια συλλογής δεδομένων, το HK αναμένεται να επιβεβαιώσει με διάστημα εμπιστοσύνης 5σ ή μεγαλύτερο, εάν η συμμετρία CP παραβιάζεται στις ταλαντώσεις νετρίνων για το 57% των πιθανών τιμών δCP. Η παραβίαση της συμμετρίας CP είναι μία από τις απαραίτητες προϋποθέσεις για την παραγωγή ποσότητας ύλης έναντι αντιύλης στο πρώιμο σύμπαν, η οποία σχηματίζει τώρα το σύμπαν που είναι κατασκευασμένο από ύλη. Οι δέσμες νετρίνων από τον επιταχυντή θα χρησιμοποιηθούν επίσης για την βελτίωση της ακρίβειας των άλλων παραμέτρων των ταλαντώσεων, |Δm232|, θ23 και θ13, καθώς και για μελέτες αλληλεπίδρασης των νετρίνων.[3]:202–224

Για να προσδιοριστεί η ιεραρχία των μαζών των νετρίνων (αν η μάζα ν3 είναι ελαφρύτερη ή βαρύτερη από τη ν1 και τη ν2), ή ισοδύναμα το άγνωστο πρόσημο του παραμέτρου ∆m232, πρέπει να παρατηρηθούν οι ταλαντώσεις των νετρινων στην ύλη. Με τις ιδιότητες της δέσμης νετρίνων του HK (295 km, 600 MeV), η επίδραση της ύλης είναι μικρή. Εκτός από τα νετρίνα της δέσμης, το πείραμα HK μελετά τα ατμοσφαιρικά νετρίνα, τα οποία δημιουργούνται όταν οι κοσμικές ακτίνες αλληλεπιδρούν με την ατμόσφαιρα της Γης, παράγοντας μεταξύ άλλων σωματιδίων και νετρίνα. Το γεγονός ότι τα νετρίνα αυτά παράγονται στην ατμόσφαιρα, σημαίνει ότι το HK έχει πρόσβαση σε νετρίνα που έχουν ταξιδέψει μέσω μιας ευρείας γκάμας αποστάσεων διαμέσου της ύλης (από μερικές εκατοντάδες μέτρα μέχρι τη διάμετρο της Γης). Τα ατμοσφαιρικά νετρίνα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της ιεραρχίας της μάζας των νετρίνων.[3] :225–237

Τελικά, μια συνδυαστική ανάλυση των ταλαντώσεων από νετρίνα δέσμης και ατμοσφαιρικά νετρίνα, θα παρέχει τη μεγαλύτερη ευαισθησία στις παραμέτρους ταλαντώσεων δCP, |∆m232|, ±∆m232, θ23 και θ13.[3] :228–233

Αστρονομία νετρίνων και γεωνετρίνα

Επεξεργασία

Οι εκρήξεις υπερκαινοφανούς αστέρα (supernova) καταρρέοντος πυρήνα παράγουν μεγάλες ποσότητες νετρίνων. Για μια supernova στον Γαλαξία της Ανδρομέδας, αναμένονται 10 έως 16 γεγονότα νετρίνων στο μακρινό ανιχνευτή HK. Για μια supernova σε απόσταση 10 kpc αναμένονται περίπου 50.000 έως 94.000 αλληλεπιδράσεις νετρίνων σε μερικές δεκάδες δευτερόλεπτα. Για την Betelguese σε απόσταση 0.2 kpc, αυτός ο ρυθμός θα μπορούσε να φτάσει έως και 108 αλληλεπιδράσεις ανά δευτερόλεπτο και ένας τόσο υψηλός ρυθμός γεγονότων ελήφθη υπόψη στον σχεδιασμό των ηλεκτρονικών και του συστήματος συλλογής δεδομένων (DAQ), διασφαλίζοντας ότι δεν θα χαθούν δεδομένα. Τα χρονικά προφίλ του αριθμού των καταγεγραμμένων γεγονότων στον HK και η μέση ενέργειά τους θα επιτρέψουν τον έλεγχο θεωρητικών μοντέλων της έκρηξης. Η κατεύθυνση των νετρίνων στον μακρινό ανιχνευτή HK μπορούν να παρέχουν έγκαιρη προειδοποίηση για την ηλεκτρομαγνητική παρατήρηση μιας υπερκαινοφανούς έκρηξης και να χρησιμοποιηθούν σε άλλες παρατηρήσεις πολλαπλών αγγελιοφόρων. [3] :263–280[7]

Τα νετρίνα που παράγονται σωρευτικά από τις εκρήξεις υπερκαινοφανών αστέρων καθ' όλη την ιστορία του σύμπαντος ονομάζονται απομεινάρια νετρίνων υπερκαινοφανών αστέρων (SRN) ή διάχυτο υπόβαθρο νετρίνων υπερκαινοφανών αστέρων (DSNB) και είναι φορείς πληροφορίας σχετικά με την ιστορία της διαδικασίας σχηματισμού των άστρων. Λόγω της χαμηλής ροής (μερικές δεκάδες/cm2/sec.), δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί. Με δέκα χρόνια λήψης δεδομένων, το HK αναμένεται να ανιχνεύσει περίπου 40 γεγονότα SRN στο ενεργειακό εύρος 16-30 MeV. :276–280[8]

Για τα ηλιακά νετρίνα ηλεκτρονίου, οι στόχοι του πειράματος HK είναι:

  • Αναζήτηση ασυμμετρίας ημέρας-νύχτας στη ροή των νετρίνων – αποτέλεσμα της διαφορετικής απόστασης που διανύουν στην ύλη (κατά τη διάρκεια της νύχτας τα νετρίνα διασχίζουν επιπλέον τη Γη πριν εισέλθουν στον ανιχνευτή) και συνεπώς των διαφορετικών πιθανοτήτων ταλάντωσης που προκαλούνται από την αλληλεπίδραση με την ύλη. [3]: 238–244 :238–244
  • Μέτρηση της πιθανότητας επιβίωσης των νe για ενέργειες νετρίνων μεταξύ 2 και 7 MeV – μεταξύ ενεργειών που κυριαρχούνται αντίστοιχα από ταλαντώσεις στο κενό και ταλαντώσεις στη ύλη - και η οποία είναι ευαίσθητη σε μοντέλα επέκτασης του Καθιερωμένου Προτύπου, όπως τα sterile neutrinos ή τα Non Standard Interactions. [3] :238–244[9]
  • Η πρώτη παρατήρηση νετρίνων από τον κανάλι hep:  , που προβλέπεται από το Καθιερωμένο Ηλιακό Μοντέλο (Standard Solar Model) .[3] : 238–244 :238–244
  • Συγκρίση της ροής νετρίνων με βάση την ηλιακή δραστηριότητα (π.χ. ο 11-ετής ηλιακός κύκλος).[10]

Τα γεωνετρίνα παράγονται σε διασπάσεις ραδιοϊσοτόπων μέσα στη Γη. Οι μελέτες των γεονετρίνων με το Hyper-Kamiokande θα συνεισφέρουν στον προσδιορισμό της χημικής σύνθεσης του πυρήνα της Γης, η οποία συνδέεται με την δημιουργία του γεωμαγνητικού πεδίου.:292–293

Διάσπαση του Πρωτονίου

Επεξεργασία

Η διάσπαση ελεύθερων πρωτονίων σε ελαφρύτερα υποατομικά σωματίδια δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ, αλλά προβλέπεται από μερικές Θεωρίες Μεγάλης Ενοποίησης (GUT) και είναι αποτέλεσμα της παραβίασης του κβαντικού βαρυωνικού αριθμού (B). Η παραβίαση αυτή είναι μία από τις προϋποθέσεις που απαιτούνται για να εξηγηθεί το πλεόνασμα ύλης έναντι της αντιύλης στο σύμπαν. Τα κύρια κανάλια διάσπασης που θα αναζητηθούν από το HK είναι το p+ → e+ + π0, το οποίο προβλέπεται από πολλά μοντέλα Μεγάλης Ενοποίησης, και το p+ → ν̅ + Κ+ που προβλέπεται από θεωρίες συμπεριλαμβανομένης της υπερσυμμετρίας. [11]

Μετά από δέκα χρόνια λήψης δεδομένων, και σε περίπτωση που δεν παρατηρηθεί διάσπαση πρωτονίων, αναμένεται ότι η εκτίμηση από το HK για το κατώτατο όριο του μέσου χρόνου ζωής των πρωτονίων από 1.6x1034 σε 6.3x1034 χρόνια για το πιο ευαίσθητο κανάλι διάσπασης (p+ → e+ + π0) και από 0.7x1034 στα 2.0x1034 έτη για το κανάλι p+ → ν̅ + Κ+. [3] [12]

Σκοτεινή ύλη

Επεξεργασία

Η Σκοτεινή ύλη είναι μια υποθετική, μη φωτεινή μορφή ύλης που προτάθηκε για να εξηγήσει πολλές αστρονομικές παρατηρήσεις που υποδεικνύουν την ύπαρξη πρόσθετης αόρατης μάζας στους γαλαξίες. Εάν τα σωματίδια σκοτεινής ύλης αλληλεπιδρούν ασθενώς, μπορεί να παράγουν νετρίνα μέσω εξαΰλωσης ή διάσπασης. Αυτά τα νετρίνα θα μπορούσαν να είναι ορατά στον ανιχνευτή HK ως πλεόνασμα νετρίνων από την κατεύθυνση μεγάλων βαρυτικών δυνατοτήτων όπως το γαλαξιακό κέντρο, ο Ηλιο ή η Γη, πάνω σε ένα ισοτροπικό υπόβαθρο ατμοσφαιρικών νετρίνων.[3]

Περιγραφή του πειράματος

Επεξεργασία

Το πείραμα Hyper-Kamiokande αποτελείται από μια δέσμη νετρίνων από επιταχυντή, ένα σύνολο από κοντινούς ανιχνευτές, τον ενδιάμεσο ανιχνευτή και τον μακρινό ανιχνευτή (επίσης γνωστό ως Hyper-Kamiokande). Ο μακρινός ανιχνευτής από μόνος του θα χρησιμοποιηθεί για αναζητήσεις διάσπασης πρωτονίων και μελέτες νετρίνων από φυσικές πηγές. Το σύνολο των παραπάνω ανιχνευτών θα χρησιμοποιηθούν για τις μελέτες ταλάντωσης νετρίνων της δέσμης από τον επιταχυντή. Πριν από την έναρξη του πειράματος HK, το πείραμα T2K θα έχει ολοκληρώσει τη συλλογή δεδομένων, και τότε το HK θα χρησιμοποιήσει τη δέσμη νετρίνων και το σύνολο των κοντινών ανιχνευτών του, ενώ οι ενδιάμεσοι και μακρινοί ανιχνευτές πρέπει να κατασκευαστούν εκ νέου. [13]

 
Ενεργειακή κατανομή των νετρίνων μιονίου της δέσμης στον ενδιάμεσο ανιχνευτή για διαφορετικές γωνίες ως προς τον άξονα της δέσμης.
 
Ενεργειακή κατανομή των νετρίνων ηλεκτρονίου της δέσμης στον ενδιάμεσο ανιχνευτή για διαφορετικές γωνίες ως προς τον άξονα της δέσμης.

Ενδιάμεσος ανιχνευτής Cherenkov νερού

Επεξεργασία

Ο Ενδιάμεσος Ανιχνευτής Cherenkov Νερού (IWCD) θα βρίσκεται σε απόσταση περίπου 750 μέτρων από το σημείο παραγωγής της δέσμης των νετρίνων. Θα είναι ένας κύλινδρος γεμάτος με νερό διαμέτρου 10 μέτρων και ύψους 50 μέτρων, με μια κατασκευή ύψους 10 μέτρων εξοπλισμένη με περίπου 400 οπτικά στοιχεία με πολλαπλά PMTs (mPMTs), καθένα εκ των οποίων θα αποτελείται από δεκαεννέα φωτοπολλαπλασιαστές (PMTs) διαμέτρου 8 εκατοστών (3.1 ίντσες), τοποθετημένους στο εσωτερικό ενός αδιάβροχου περιβλήματος. Η κατασκευή θα μετακινείται κατακόρυφα από ένα σύστημα γερανού, επιτρέποντας μετρήσεις των αλληλεπιδράσεων νετρίνων σε διαφορετικές γωνίες ως προς τον άξονα της δέσμης νετρίνων, που κυμαίνονται από 1° στη βάση έως 4° στην κορυφή, και επομένως για διαφορετικά ενεργειακά φάσματα νετρίνων.[note 1]Συνδυάζοντας τα αποτελέσματα από διαφορετικές γωνίες εκτός άξονα, είναι δυνατόν να εξαχθούν τα αποτελέσματα για σχεδόν μονοενεργειακό φάσμα νετρίνων χωρίς να βασίζονται σε θεωρητικά μοντέλα αλληλεπιδράσεων νετρίνων για την ανακατασκευή της ενέργειας νετρίνου. Η χρήση ίδιου τύπου ανιχνευτή με τον μακρινό ανιχνευτή, με σχεδόν την ίδια απόδοση ανίχνευσης ως προς τη γωνία και ορμή της δέσμης, επιτρέπει τη σύγκριση των αποτελεσμάτων από αυτούς τους δύο ανιχνεύτες χωρίς να χρειάζονται προσομοίωσεις της απόκρισης των ανιχνευτών. Αυτά τα δύο γεγονότα, η ανεξαρτησία από τα μοντέλα αλληλεπίδρασης νετρίνων και απόκρισης ανιχνευτή, θα επιτρέψουν στο HK να ελαχιστοποιήσει τα συστηματικά σφάλματα των αναλύσεων. Πλεονεκτήματα αυτού του σχεδιασμού ανιχνευτή είναι ακόμη η δυνατότητα για την αναζήτησης μοτίβων ταλάντωσης με sterile neutrinos για διαφορετικές εκτός άξονα γωνίες, καθώς και η απόκτηση ενός καθαρότερου δείγματος αλληλεπιδράσεων νετρίνων ηλεκτρονίου, των οποίων το ποσοστό είναι μεγαλύτερο για μεγαλύτερες εκτός άξονα γωνίες. :47–50[14][15][16]

Ο μακρινός ανιχνευτής Hyper-Kamiokande

Επεξεργασία
 
Σχέδιο του μακρινού ανιχνευτή Hyper-Kamiokande, ένας ανιχνευτής Cherenkov νερού.

Ο ανιχνευτής Hyper-Kamiokande θα κατασκευαστεί 650 μέτρα (2,130 πόδια) κάτω από την κορυφή του βουνού Nijuugo στο ορυχείο Tochibora, 8 χιλιόμετρα (5.0 μίλια) νότια από τον ανιχνευτή Super-Kamiokande (SK). Και οι δύο ανιχνευτές θα βρίσκονται στην ίδια γωνία (2,5°) ως προς τον άξονα της δέσμης νετρίνων και στην ίδια απόσταση (295 χιλιόμετρα (183 μίλια)) από την τοποθεσία παραγωγής της δέσμης στο J-PARC. :35[17]

 
Πλαίσιο με R12860 PMTs των 50 cm, για τον ID του μακρινού ανιχνευτή Hyper-Kamiokande.
 
Πρωτότυπο ενός mPMT για τον ID του Μακρινού Ανιχνευτή Hyper-Kamiokande.
 
Σχηματικό διάγραμμα ενός mPMT για τον ID του Μακρινού Ανιχνευτή Hyper-Kamiokande
 
PMT 3-ιντσών και WLS για τον OD του Μακρινού Ανιχνευτή Hyper-Kamiokande

Το HK θα είναι ένας ανιχνευτής νερού Cherenkov, 5 φορές μεγαλύτερος (258 κιλοτόνοι νερού) από τον ανιχνευτή SK. Θα είναι μια κυλινδρική δεξαμενή διαμέτρου 68 μέτρων και ύψους 71 μέτρων. Ο όγκος της δεξαμενής θα αποτελείται από τον Εσωτερικό Ανιχνευτή (ID) και τον Εξωτερικό Ανιχνευτή (OD) από μια ανενεργή κυλινδρική δομή πλάτους 60 εκατοστών, με την εξωτερική της άκρη τοποθετημένη 1 μέτρο μακριά από την παράπλευρη επιφάνεια και 2 μέτρα μακριά από τις βάσεις της κυλινδρικής δεξαμενής. Η δομή αυτή θα διαχωρίζει οπτικά τον ID από τον OD και θα φέρει Φωτοπολλαπλασιαστές (PMTs) που κοιτούν τόσο προς τα μέσα στον ID όσο και προς τα έξω στον OD. Στον ID, θα υπάρχουν τουλάχιστον 20000 Φωτοπολλαπλασιαστές (PMTs) διαμέτρου 50 εκατοστών (20 ιντσών) τύπου R12860 από την Hamamatsu Photonics και περίπου 800 mPMTs. Κάθε mPMT αποτελείται από δεκαεννέα Φωτοπολλαπλασιαστές διαμέτρου 8 εκατοστών (3,1 ιντσών) εγκατεστημένους στο εσωτερικό ενος αδιάβροχου περιβλήματος. Ο OD θα είναι εξοπλισμένος με τουλάχιστον 3600 Φωτοπολλαπλασιαστές διαμέτρου 8 εκατοστών (3,1 ιντσών) συνδεδεμένους με πλάκες μετατόπισης μήκους κύματος (WLS) διαστάσεων 0,6x30x30 cm³ (οι πλάκες θα συλλέγουν τα προσπίπτοντα φωτόνια και θα τα μεταφέρουν στον συνδεδεμένο PMT) και θα χρησιμεύει ως βέτο[note 3] για να διακρίνει τις αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν από τα σωματίδια που εισέρχονται από το εξωτερικό του ανιχνευτή (κυρίως μιόνια από κοσμικές ακτίνες.[17] [18][16]

 
Η δέσμη νετρίνων από το J-PARC στην Ιαπωνία προς την Κορέα.

Η κατασκευή του ανιχνευτή HK ξεκίνησε το 2020 και η έναρξη της συλλογής δεδομένων αναμένεται το 2027.[4] [13]:24. Έρευνες έχουν επίσης διεξαχθεί σχετικά με το κατά πόσο είναι εφικτή αλλά και για τα οφέλη του προγράμματος φυσικής, η κατασκευής μιας δεύτερης, πανομοιότυπης δεξαμενής Cherenkov στη Νότια Κορέα περίπου 1100 χλμ από J-PARC, η οποία θα λειτουργούσε 6 χρόνια μετά την πρώτη δεξαμενή. [5] [19] 

Ιστορικό και χρονοδιάγραμμα

Επεξεργασία
 
Χρονοδιάγραμμα της κατασκευής του ανιχνευτή Hyper-Kamiokande.

Ιστορία των μεγάλων ανιχνευτών Cherenkov νερού στην Ιαπωνία και των πειραμάτων ταλάντωσης νετρίνων δέσμης που σχετίζονται με αυτούς, εκτός από το HK:

  • 1983-1996: Kamiokande (Kamioka Nucleon Decay Experiment), κύριος στόχος του οποίου ήταν η αναζήτηση της διάσπασης πρωτονίων (το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2002 για τον Masatoshi Koshiba) - ο προκατόχος του Super-Kamiokande [1]
  • 1996-Παρόν: Πειραμα Super-Kamiokande - ο προκατόχος του Hyper-Kamiokande, μελετώντας νετρίνο από φυσικές πηγές και αναζητώντας διάσπαση των πρωτονίων (το βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2015 για τον Takaaki Kajita) [1]
  • 1999-2004: Κ2Κ - ο προκατόχος του πειράματος T2K
  • 2010-επίσημο: Πειραμα T2K - ο προκατόχος του πειράματος Hyper-Kamiokande, μελετώντας ταλαντώσεις νετρίνων από δέσμη νετρίνων επιταχυντή

Ιστορία και χρονοδιάγραμμα του πειράματος Hyper-Kamiokande:

  • Σεπτέμβριος 1999: Παρουσίαση των πρώτων ιδεών του νέου πειράματος[20]
  • 2000: Το όνομα "Hyper-Kamiokande" χρησιμοποιείται για πρώτη φορά[21]
  • Σεπτέμβριος 2011: Υποβολή LOI (Letter of Intend)[22]
  • Ιανουαρίος 2015: MoU για τη συνεργασία στο Hyper-Kamiokande υπογράφηκε από δύο ινστιτούτα: ICRR και KEK. Σχηματισμός της πρωτο-συνεργασίας Hyper-Kamiokande[23][24]
  • Μάιος 2018: Hyper-Kamiokande Design Report [3]
  • Σεπτέμβριος 2018: Αρχική χρηματοδότηση από το MEXT που διατίθεται το 2019[25]
  • Φεβρουάριο 2020: Το σχέδιο εγκρίθηκε επίσημα από το εθνικό νομοθετικό σώμα της Ιαπωνίας. [4]
  • Ιούνιο 2020: Σύσταση της συνεργασίας Hyper-Kamiokande
  • Μάιος 2021: Έναρξη της ανασκαφής της σήραγγας πρόσβασης στον ανιχνευτή HK[26]
  • 2021: Έναρξη της μαζικής παραγωγής PMTs [27]
  • Φεβρουάριο 2022: Ολοκλήρωση της κατασκευής της σήραγγας πρόσβασης[28]
  • Οκτώβριος 2023: Ολοκλήρωση του τμήματος της κύριας σπηλαίας του ανιχνευτή HK[29]
  • 2027: Αναμενόμενη αρχή της λήψης δεδομένων[4]

Σημειώσεις

Επεξεργασία
  1. ↑ The average energy of neutrinos decreases with the deviation from the beam axis.

Βιβλιογραφία

Επεξεργασία

Αναφορές

Επεξεργασία
  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 «Hyper-Kamiokande website: Overview». 
  2. ↑ «Hyper-Kamiokande website: Collaboration Institutes». 
  3. ↑ 3,00 3,01 3,02 3,03 3,04 3,05 3,06 3,07 3,08 3,09 3,10 3,11 3,12 3,13 «Hyper-Kamiokande Proto-Collaboration (28 November 2018). "Hyper-Kamiokande Design Report"». 
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 «Kamioka Observatory website: The Hyper-Kamiokande project is officially approved». Kamioka Observatory ICRR, The University of Tokyo. 12 February 2018. https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/detail/300. 
  5. ↑ 5,0 5,1 Francesca Di Lodovico (Queen Mary, U. of London) for the Hyper-Kamiokande collaboration (Sep 20, 2017). «The Hyper-Kamiokande Experiment». J. Phys. Conf. Ser. 888: 012020. doi:10.1088/1742-6596/888/1/012020. Bibcode: 2017JPhCS.888a2020D. https://inspirehep.net/literature/1625581. 
  6. ↑ Particle Data Group and Workman (August 2022). «Review of Particle Physics». Progress of Theoretical and Experimental Physics 2022 (8): 083C01. doi:10.1093/ptep/ptac097. 
  7. ↑ the Hyper-Kamiokande collaboration (Jan 13, 2021). «Supernova Model Discrimination with Hyper-Kamiokande». Astrophys. J. 916: 15. doi:10.3847/1538-4357/abf7c4. Bibcode: 2021ApJ...916...15A. https://inspirehep.net/literature/1840585. 
  8. ↑ Yano, Takatomi (2021). «Prospects for neutrino astrophysics with Hyper-Kamiokande». PoS ICRC2021: 1193. doi:10.22323/1.395.1193. https://inspirehep.net/literature/1930815. 
  9. ↑ Maltoni, Michele and Smirnov, Alexei Yu. (Jul 19, 2015). «Solar neutrinos and neutrino physics». Eur. Phys. J. A 52: 87. doi:10.1140/epja/i2016-16087-0. https://inspirehep.net/literature/1383834. 
  10. ↑ «Hyper-Kamiokande website: Cosmic Neutrino Observation: Solar neutrinos». 
  11. ↑ Mine, Shunichi (2023). «Nucleon decay: theory and experimental overview». Zenodo. doi:10.5281/zenodo.10493165. 
  12. ↑ K. S. Babu; E. Kearns και άλλοι. (2013-11-20). «Baryon Number Violation». Proceedings, 2013 Community Summer Study on the Future of U.S. Particle Physics: Snowmass on the Mississippi (CSS2013) (Minneapolis, MN, USA). 
  13. ↑ 13,0 13,1 Vilela, Cristovao (Σεπτεμβρίου 5–10, 2021). «The status of T2K and Hyper-Kamiokande experiments». PANIC 2021 Conference. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 29 Σεπτεμβρίου 2021. Ανακτήθηκε στις 29 Σεπτεμβρίου 2021. 
  14. ↑ nuPRISM Collaboration (7 Ιουλίου 2016). «Proposal for the NuPRISM Experiment in the J-PARC Neutrino Beamline» (PDF). Αρχειοθετήθηκε (PDF) από το πρωτότυπο στις 2 Δεκεμβρίου 2020. Ανακτήθηκε στις 1 Απριλίου 2020. 
  15. ↑ Mark Hartz (29 Ιουλίου 2020). «Near Detectors for the Hyper-K Neutrino Experiment». 40th International Conference on High Energy Physics (ICHEP 2020). 
  16. ↑ 16,0 16,1 Umut Kose (on behalf of the Hyper-Kamiokande Collaboration) (7 Δεκεμβρίου 2023). «The Hyper-Kamiokande Experiment: Status and Prospect». The 17th International Workshop on Tau Lepton Physics (TAU2023). Ανακτήθηκε στις 8 Φεβρουαρίου 2024. 
  17. ↑ 17,0 17,1 «Hyper-Kamiokande website: Hyper-Kamiokande Detector». 
  18. ↑ Jan Kisiel (Silesia U.) for the Hyper-Kamiokande collaboration (Jun 28, 2023). «Photodetection and electronic system for the Hyper-Kamiokande Water Cherenkov detectors». Nucl. Instrum. Meth. A 1055: 168482. doi:10.1016/j.nima.2023.168482. Bibcode: 2023NIMPA105568482K. https://inspirehep.net/literature/2675891. 
  19. ↑ Hyper-Kamiokande Proto-Collaboration (June 20, 2019). «Physics potentials with the second Hyper-Kamiokande detector in Korea». Progress of Theoretical and Experimental Physics 2018 (6): 063C01. doi:10.1093/ptep/pty044. https://academic.oup.com/ptep/article/2018/6/063C01/5041972. 
  20. ↑ Shiozawa, M. (23–25 September 1999). «Study of 1-Megaton water Cherenkov detectors for the future proton decay search». International Workshop on Next Generation Nucleon Decay and Neutrino Detector (NNN99). Stony Brook, NY, United States. doi:10.1063/1.1361719. 
  21. ↑ Nakamura, K. (2000). «HYPER-KAMIOKANDE: A next generation water Cherenkov detector for a nucleon decay experiment». Part of Neutrino Oscillations and Their Origin. Proceedings, 1st Workshop, Fujiyoshida, Japan, February 11–13: 359–363. https://inspirehep.net/literature/550304. 
  22. ↑ https://arxiv.org/abs/1109.3262
  23. ↑ «Hyper-Kamiokande website: The Inaugural Symposium of the Hyper-K Proto-Collaboration». Kashiwa, Japan. 5 Φεβρουαρίου 2015. 
  24. ↑ «Proto-collaboration formed to promote Hyper-Kamiokande». CERN Courier. 9 April 2015. https://cerncourier.com/a/proto-collaboration-formed-to-promote-hyper-kamiokande/. 
  25. ↑ «Hyper-Kamiokande construction to start in 2020». CERN Courier. 28 September 2018. https://cerncourier.com/a/hyper-kamiokande-construction-to-start-in-2020/. 
  26. ↑ «Groundbreaking ceremony for Hyper-Kamiokande held in Hida, Japan». The University of Tokyo. 28 May 2021. https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/articles/z0208_00113.html. 
  27. ↑ Itow, on behalf of the Hyper-Kamiokande Collaboration, Y. (2021). «Construction status and prospects of the Hyper-Kamiokande project». Proceedings of 37th International Cosmic Ray Conference — PoS(ICRC2021). Proceedings of Science. σελ. 1192. 
  28. ↑ «Hyper-Kamiokande experiment; Excavation of the gigantic underground cavern has finally begun». 
  29. ↑ «Kamioka Observatory website: Completion of the main cavern dome section of the Hyper-Kamiokande experiment». 11 Οκτωβρίου 2023. 

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Επεξεργασία
Ανακτήθηκε από "https://el.wikipedia.org/w/index.php?title=Hyper-Kamiokande&oldid=10653721"