بنابر گزارش‌ها ژاپن قصد دارد بزرگترین ردیاب “نوترینو” جهان را در آینده بسازد.
به گزارش ایسنا و به نقل از نیچر، گزارش‌ها نشان می‌دهد دولت ژاپن میلیاردها ین بر روی این پروژه که “هایپر کامیوکنده”(Hyper-Kamiokande) نام دارد، سرمایه‌گذاری کرده است.
ردیاب‌های نوترینو(Neutrino detector) یک آشکارساز ویژه جهت مطالعه خواص نوترینوها هستند. نوترینو(neutrino) یک ذره بنیادی است که از نظر الکتریکی خنثی بوده و به ندرت وارد برهمکنش می‌شود. از آنجایی که نوترینوها فقط توسط نیروی هسته‌ای ضعیف با دیگر ذرات بنیادی برهمکنش نشان می‌دهند، در نتیجه باید ردیاب‌های آنها در ابعاد بزرگی ساخته شوند تا تعداد قابل‌توجهی از نوترینوها را ردیابی کنند.
پروژه هایپرکامیوکنده ۲۶۰ هزار تن آب فوق خالص(Ultrapure Water) را در خود نگه خواهد داشت که این مقدار بیش از پنج برابر مقدار موجود آب فوق خالص ردیاب نوترینو مشابه آن یعنی ردیاب “سوپر کامیوکنده”(Super-Kamiokande) است.
آب فوق خالص(Ultrapure Water) به آبی گفته می‌شود که تا حد غیرمتداولی برابر معیارهای خاصی خالص سازی گردیده است. از این آب معمولاً در صنایع ساخت نیمه‌هادی‌ها استفاده می‌شود.
این ردیاب جدید در داخل یک حفره زیرزمینی عظیم که در کنار معدن کامیوکا شهر هایدا ژاپن حفر خواهد شد، ساخته می‌شود. فیزیکدانان امیدوارند با ساخت این ردیاب بتوانند اطلاعات بسیاری درباره این ذرات به دست آورند.
اندازه عظیم این ردیاب باعث می‌شود تا بتواند تعداد بی‌سابقه‌ای از نوترینوهای تولید شده توسط منابع مختلف از جمله پرتوهای کیهانی، خورشید، ابرنواخترها و پرتوهای مصنوعی تولید شده توسط یک شتاب دهنده ذرات موجود را شناسایی کند. علاوه بر شناسایی نوترینو این ردیاب آب را به منظور واپاشی احتمالی پروتون‌ها در هسته‌های اتمی مورد نظارت و بررسی قرار خواهد داد که اگر بتواند چنین موضوعی را شناسایی کند، یک کشف انقلابی خواهد بود.
اگرچه دولت ژاپن هنوز بیانیه رسمی در مورد تأیید این موضوع ارائه نداده است اما چندین دانشمند به مجله نیچر گفته‌اند که دولت ژاپن ۳.۵ میلیارد ین(۳۲ میلیون دلار) را برای ساخت و ساز این پروژه به عنوان بخشی از بودجه تکمیلی برای سال مالی فعلی تصویب کرده است و بودجه باید در مجلس تصویب شود. این فیزیکدانان ژاپنی می‌گویند که احتمالاً این اتفاق در ماه آینده رخ خواهد داد.
“موساتو شیئوزاوا”(Masato Shiozawa) فیزیکدان نوترینو دانشگاه توکیو و رهبر این پروژه می‌گوید ساخت ردیاب مذکور ۶۴.۹ میلیارد ین یا حدود ۶۰۰ میلیون دلار هزینه خواهد داشت. ۷.۳ میلیارد ین اضافی برای ارتقاء شتابدهنده J-PARC – که در منطقه توکای ژاپن قرار دارد، مورد نیاز خواهد بود.
ژاپن حدود ۷۵ درصد از کل بودجه پروژه را تأمین می‌کند و مابقی آن توسط شرکای بین‌المللی تأمین می‌شود.
به گفته “فرانسسکا دی لودوویکا”(Francesca Di Lodovico) فیزیکدان کالج سلطنتی لندن و یکی از رهبران پروژه هایپر کامیوکنده چندین کشور دیگر از جمله انگلستان و کانادا در این پروژه شرکت خواهند کرد، اگرچه هنوز مقدار کمک‌های مالی آنها اعلام نشده است.
هایپر کامیوکنده از یک مخزن طبل مانند به طول ۷۱ متر و ۶۸ متر عرض تشکیل شده است. برای جلوگیری از ارتعاشات مزاحم آشکارساز موج گرانشی KAGRA ، که قرار است شروع به کار کند ، سالنی برای مخزن با خطرات انفجاری در محلی در ۸ کیلومتری از امکانات موجود کامیوکا حفر می‌شود. محل کامیوکا چند دهه پیش به دلیل امکانات معدنی موجود و کیفیت بالای سنگ و همچنین تامین فراوان آب شیرین انتخاب شده است.
مانند سوپر کامیوکنده، مخزن آب داخل هایپر کامیوکنده با آشکارسازهای حساس نوری به نام “افزاینده فوتوالکتریک”(photomultipliers) پوشیده خواهد شد.
افزاینده فوتوالکتریک یا PMT از خانواده لامپ‌های خلا هستند و می‌توانند نور مرئی ماورا بنفش و فرکانس‌های نزدیک مادون قرمز را آشکارسازی کنند. این آشکارسازها می‌توانند نور تابشی را تا صد برابر تقویت کنند. در صورت برخورد یک نوترینو با اتم موجود در آب، برق گرفتگی‌های ضعیف ساطع می‌شود و باعث می‌شود ذره بار شده با سرعت زیاد شلیک شود. هایپر کامیوکنده یکی از سه آزمایش نوترینوی نسل بعدی خواهد بود که در دهه‌های ۲۰۲۰ شروع می‌شود. سایر آزمایش‌ها شامل Underground Neutrino Experiment یا (DUNE) ایالات متحده آمریکا در سال ۲۰۲۵ و آزمایش Jiangmen Underground Neutrino Observatory یا (JUNO) چین در سال ۲۰۲۱ خواهد بود که پیش‌بینی می‌شود جمع آوری داده‌ها از سال ۲۰۲۱ آغاز شود.
“تاکاکی کجیتا”(Takaaki Kajita) فیزیکدان دانشگاه توکیو در یک کنفرانسی که ۱۶ دسامبر برگزار شد، گفت: فیزیکدانان نوترینو از آغاز پروژه هایپر کامیوکنده هیجان زده هستند زیرا توسط آن قادر خواهند بود تفاوت‌های رفتاری نوترینوها و همتایان ضد ماده آنها یعنی “ضدنوترینوها”(antineutrinos) را مطالعه و بررسی کنند. چنین عدم تقارنی می‌تواند به توضیح این امر بپردازد که چرا جهان حاوی ماده و مقادیر کمی ضد ماده است.
تاکاکی کجیتا در سال ۲۰۱۵ جایزه نوبل فیزیک را به دلیل کشف مشترک نوسانات نوترینو با استفاده از ردیاب “سوپر کامیوکنده” برنده شد.
سوپر کامیوکنده قبلاً نکات مربوط به این اختلافات رفتاری را شناسایی کرده است، اما ردیاب‌های هایپر کامیوکنده و DUNE باید با استفاده از دو روش مختلف بتوانند آن را با دقت بالا اندازه گیری کنند.
ردیاب DUNE از آرگون مایع به جای آب استفاده خواهد کرد که این موضوع اطلاعات مهم و جامعی را در اختیار دانمشندان قرار می‌دهد.
“ماسایوکی ناکاهاتا”(Masayuki Nakahata) فیزیکدان دانشگاه توکیو و سخنگوی سوپر کامیوکنده گفت: بزرگترین کشفی که امیدوارم هایپر کامیوکنده انجام دهد می‌تواند درباره واپاشی پروتون باشد.
واپاشی پروتون(Proton decay) یک واپاشی هسته‌ای فرضی است که طی آن یک پروتون به یک پیون خنثی و یک پوزیترون تقسیم می‌شود.
از آنجا که هایپر کامیوکنده بر حجم بسیار بیشتری از آب نسبت به سوپر کامیوکنده نظارت می‌کند، شانس بالاتری برای دیدن واپاشی پروتون‌ها خواهد داشت. اگر ردیاب مذکور این پدیده را تشخیص ندهد، حد متوسط عمر پروتون ۱۰ برابر می‌شود.