客觀日本

精確觀測微中子——探求宇宙誕生和物質的奧祕

2022年01月07日 海洋宇宙

基本粒子「微中子」因小柴昌俊博士等人獲得諾貝爾物理可用能學獎而變得廣爲人知。「東海-神岡長基線微中子振盪實驗(T2K實驗)」就是詳細探索基本粒子性質的國際聯合專案。該實驗的目的是,透過調查基本粒子,闡明宇宙是如何誕生的,以及爲什麼只有物質存在。

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利用超級神岡偵檢器詳細調查J-PARC發射的微中子

據悉,宇宙誕生之初物質與擁有相反性質的反物質幾乎是等量存在的,二者接觸後會相互消滅抵消。研究認爲,物質與反物質存在微小的差異,物質最終存留了下來,宇宙才得以繼續操作存在。

爲何會出現使物質與反物質的行為出現差異的現象呢?2008年獲得諾貝爾物理可用能學獎的小林誠和益川敏英等人提出的理論認爲這種差異是由基本粒子「夸克」引起的。但光憑這個理論無法解釋爲何會形成目前的宇宙。作爲彌補該理論中的不足部分的物質,微中子受到了關注。

T2K實驗將探索微中子是否會引起物質與反物質的行為差異。該實驗讓位於茨城縣東海村的加速器「J-PARC」大量生成並發射微中子,然後利用295公里開外的岐阜縣飛驒市的 「超級神岡偵檢器」檢測。

目前實驗正在推進之中。研究團隊2020年發表的論文顯示,物質與反物質之間的行為差異測量已經取得了眉目。不過,爲了準確調查存在多大的差異,還需要收集更多的資料,所以還在進行更詳細的調查。

研究團隊目前正在改造實驗設施,包括更新調查J-PARC發射的微中子狀態的偵檢器。新的偵檢器的檢測角度和能量範圍將更廣泛,從而可以更準確地分析超級神岡偵檢器觀測到的微中子。

另外,實驗團隊還在準備將微中子的發射強度提高至目前的1.5倍,以使超級神岡偵檢器更容易檢測到訊號。擔任實驗專案代表的東北大學市川溫子教授充滿期待地表示:「2022年度下半年將啓用性能得到提高的裝置。已經迫不及待地想要得到資料了。」

專案概要
名稱 東海-神岡長基線微中子振盪實驗(T2K實驗)
内容 利用超級神岡偵檢器(岐阜縣飛驒市)精確調查295公里外J-PARC(茨城縣東海村)發射的微中子
時間 2009~2027年前後
預算 每年2億~3億日元(不包括J-PARC和超級神岡偵檢器的費用)
參與機構 日本高能加速器研究機構、東京大學及美國波士頓大學等12個國家的約60所大學和研究機構

日文:小玉祥司、編輯委員,《日本經濟新聞》,2021/12/27
中文:JST客觀日本編輯部