據參與該專案的科學家稱，日本已準備建造有史以來最大的中微子探測器，此前一個內閣委員會於 12 月 13 日批准了數十億日元的建設資金。Hyper-Kamiokande 將容納 26 萬噸超純水，是其已然龐大的兄弟探測器超級神岡的五倍多。新的探測器將建在神岡礦附近的一個巨大的地下洞穴中，物理學家們希望它能為這些無處不在的粒子帶來突破性的發現。
Hyper-Kamiokande（Hyper-K）的巨大體積將使其能夠探測到來自各種來源的前所未有數量的中微子，包括宇宙射線、太陽、超新星以及現有粒子加速器人為產生的束流。除了捕獲中微子外，它還將監測水中的原子核內質子是否可能發生自發衰變，如果觀察到這種情況，那將是一項革命性的發現。
儘管政府尚未就批准事宜發表官方宣告，但多位科學家告訴自然雜誌，該國內閣在週五的會議上，批准了首批 35 億日元（3200 萬美元）的建設撥款，作為本財政年度（截至 3 月）補充預算的一部分。
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該預算將需要議會批准；日本物理學家表示，這很可能在下個月發生。
一項浩大的工程
東京大學中微子物理學家兼該專案共同負責人鹽澤真人表示，探測器的建設預計耗資 649 億日元，約合 6 億美元。位於東海村約 300 公里外的 J-PARC 加速器的升級還需要額外 73 億日元，中微子束流將在那裡產生。
日本將提供該專案總資金的約 75%，其餘部分將由國際合作夥伴承擔。倫敦國王學院的物理學家兼 Hyper-K 的另一位共同負責人弗朗西斯卡·迪·洛多維科表示，包括英國和加拿大在內的其他幾個國家也將參與該專案，儘管他們的財政捐助規模尚未最終確定。
Hyper-K 將由一個深 71 米、寬 68 米的鼓形水箱組成。為了避免振動干擾即將開始執行的 KAGRA 引力波探測器，將會在距現有神岡設施 8 公里的地點用炸藥挖掘一個容納水箱的大廳。幾十年前選擇神岡場地是因為現有的礦業設施和高質量的岩石，以及豐富的新鮮水供應。
與超級神岡一樣，Hyper-K 內的水箱內壁將襯有稱為光電倍增管的靈敏光探測器。當一箇中微子與水中的一個原子碰撞時，這些探測器將捕捉到發射出的微弱閃光，導致帶電粒子高速射出。
Hyper-K 將是 2020 年代啟動的三個主要的下一代中微子實驗之一；其他兩個是深地中微子實驗 (DUNE)，計劃於 2025 年在美國啟動，以及中國的江門中微子實驗室 (JUNO)，預計將於 2021 年開始收集資料。
精密測量
東京大學物理學家梶田隆章於 12 月 16 日在倫敦舉行的一次會議上表示，中微子物理學家對 Hyper-K 感到興奮，因為它將能夠研究中微子及其反物質對應物反中微子的行為差異。梶田說，這種不對稱性可能有助於解釋為什麼宇宙似乎主要包含物質而幾乎沒有反物質。梶田因在 1990 年代使用超級神岡共同發現了中微子振盪而分享了 2015 年諾貝爾物理學獎。
超級神岡已經看到了這種差異的跡象，但 Hyper-K 和 DUNE 都應該能夠使用兩種不同的技術對其進行高精度測量——DUNE 將使用液態氬而不是水——提供重要的交叉驗證。“它們具有相似的靈敏度，但對我來說，互補性是一個重要的方面，”梶田說。
東京大學物理學家兼超級神岡發言人中畑昌行表示，Hyper-K 可以希望取得的最大發現是質子衰變。超級神岡是由日本和美國領導的國際合作專案。質子衰變從未被觀察到，因此必然極其罕見——如果它真的發生的話——這意味著質子具有非常長的平均壽命，超過 1034 年。
目前的粒子物理標準模型不允許質子衰變，但許多旨在取代它並統一自然基本力的理論都預測了這種現象。由於 Hyper-K 將監測比超級神岡更大的水體積，因此它將有更好的機會看到質子衰變。如果它沒有探測到這種現象，質子平均壽命的上限將增加十倍。
本文經許可轉載，最初於2019 年 12 月 16 日首次發表。