客观日本

精确观测中微子——探求宇宙诞生和物质的奥秘

2022年01月07日 海洋宇宙

基本粒子“中微子”因小柴昌俊博士等人获得诺贝尔物理学奖而变得广为人知。“东海-神冈长基线中微子振荡实验(T2K实验)”就是详细探索基本粒子性质的国际联合项目。该实验的目的是,通过调查基本粒子,阐明宇宙是如何诞生的,以及为什么只有物质存在。

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利用超级神冈探测器详细调查J-PARC发射的中微子

据悉,宇宙诞生之初物质与拥有相反性质的反物质几乎是等量存在的,二者接触后会相互湮灭抵消。研究认为,物质与反物质存在微小的差异,物质最终存留了下来,宇宙才得以继续存在。

为何会出现使物质与反物质的行为出现差异的现象呢?2008年获得诺贝尔物理学奖的小林诚和益川敏英等人提出的理论认为这种差异是由基本粒子“夸克”引起的。但光凭这个理论无法解释为何会形成目前的宇宙。作为弥补该理论中的不足部分的物质,中微子受到了关注。

T2K实验将探索中微子是否会引起物质与反物质的行为差异。该实验让位于茨城县东海村的加速器“J-PARC”大量生成并发射中微子,然后利用295公里开外的岐阜县飞驒市的 “超级神冈探测器”检测。

目前实验正在推进之中。研究团队2020年发表的论文显示,物质与反物质之间的行为差异测量已经取得了眉目。不过,为了准确调查存在多大的差异,还需要收集更多的数据,所以还在进行更详细的调查。

研究团队目前正在改造实验设施,包括更新调查J-PARC发射的中微子状态的探测器。新的探测器的检测角度和能量范围将更广泛,从而可以更准确地分析超级神冈探测器观测到的中微子。

另外,实验团队还在准备将中微子的发射强度提高至目前的1.5倍,以使超级神冈探测器更容易检测到信号。担任实验项目代表的东北大学市川温子教授充满期待地表示:“2022年度下半年将启用性能得到提高的装置。已经迫不及待地想要得到数据了。”

项目概要
名称 东海-神冈长基线中微子振荡实验(T2K实验)
内容 利用超级神冈探测器(岐阜县飞驒市)精确调查295公里外J-PARC(茨城县东海村)发射的中微子
时间 2009~2027年前后
预算 每年2亿~3亿日元(不包括J-PARC和超级神冈探测器的费用)
参与机构 日本高能加速器研究机构、东京大学及美国波士顿大学等12个国家的约60所大学和研究机构

日文:小玉祥司、编辑委员,《日本经济新闻》,2021/12/27
中文:JST客观日本编辑部