日本擬投巨額建全球最大中微子探測器
科技日報記者 劉霞
據英國《自然》雜誌網站報道，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證據，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」建成後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，從而相互佐證。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。
江門中微子探測器示意圖：球形的中微子探測器置於水池中心，上下與四周均被2米以上的水包圍以屏蔽本底，在水池頂部採用徑跡探測器作為反符合探測器，鋼網架上安放光電倍增管以探測中微子。圖片來源：江門中微子實驗官網
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。
在粒子物理學標準模型中，質子不能衰變，但許多試圖取代標準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，其餘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。宇宙誕生之後，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」驗證嗎？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。
來源：科技日報
編輯：李俊霞
審核：王小龍
