探測“巨頭”！日本斥資3200萬美元擬建全球最大中微子探測器

科技日報北京12月18日電 (記者劉霞)據英國《自然》雜志網站報道，日本內閣近日批準了“頂級神岡”中微子探測器的建造計劃，并同意撥款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，并探測到質子衰變等。

“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臺。“頂級神岡”建成后將成為迄今最大的中微子探測器。

“頂級神岡”將建于岐阜縣飛彈市地下，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，這有助于解釋為什么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將于2025年啟動。除這兩大“巨頭”外，位于中國廣東的“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，它將于2021年開始收集數據。

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。由于“頂級神岡”用于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，其余資金將由英國和加拿大等支付。日本物理學家表示，日本議會可能于下月正式批準該項目。

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。其原因在于，雖然我們已知身邊充滿著物質，但迄今并不清楚最初物質為何會在宇宙中存在。宇宙誕生之后，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。究竟是否由于中微子的影響，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。