Японский нейтринный детектор Hyper‑Kamiokande готов к поиску фоновых нейтрино от сверхновых, возникших задолго до появления Земли. За проектом Hyper‑Kamiokande стоит международная команда из более чем ста учёных, инженеров и техников, объединённых в Японском институте космических исследований.
Руководитель группы, профессор Накадзима Хироки, уже более десяти лет возглавляет разработки новых фотодетекторов, а молодые исследователи из университетов Токио и Кобэ отвечают за калибровку огромного объёма воды. Вместе они превратили мечту о детекторе, способном «слышать» самые слабые космические сигналы, в реальность, находящуюся в завершающей стадии строительства под горой Идзу.
Почему поиск нейтрино так важен
Нейтрино — единственные частицы, способные без препятствий пробираться сквозь всю материю Вселенной. Когда массивные звёзды завершают жизнь в виде сверхновых, они выбрасывают в космос огромное количество нейтрино. Эти частицы продолжают свой путь миллиарды лет, пока их не поймает детектор на Земле.
Фоновый поток нейтрино от всех прошлых сверхновых (DSNB) хранит сведения о темпах звёздообразования и о том, как тяжелые элементы распределялись по галактике ещё до появления Солнечной системы.
Техническое решение
Сердцем Hyper‑Kamiokande является резервуар, содержащий более 250 000 тонн чистой воды — гораздо больше, чем в его предшественнике Super‑Kamiokande. Стены гигантского бака покрыты тысячами сверхчувствительных фотомультипликаторов, которые фиксируют крошечные вспышки света (черенковское (Вавилова — Черенкова) излучение), возникающие, когда нейтрино сталкиваются с молекулами воды.
Чтобы подавить фон от естественного радиоактивного распада и космических лучей, детектор установлен на глубине более 600 м под землёй, где горные породы служат естественным щитом.
| Параметр | Hyper‑Kamiokande | Super‑Kamiokande |
|---|---|---|
| Объём воды | ≈ 250 000 т | ≈ 50 000 т |
| Количество фотодетекторов | ≈ 40 000 | ≈ 11 000 |
| Глубина установки | ≈ 600 м | ≈ 1 000 м |
С увеличенным объёмом и более высокой плотностью фотодетекторов Hyper‑Kamiokande сможет регистрировать нейтрино в энергиях, недоступных прежним экспериментам, и, в конечном итоге, впервые зафиксировать DSNB (фон нейтрино от сверхновых звезд).
Ожидания
Регистрация фонового потока нейтрино даст возможность напрямую измерить частоту сверхновых в ранних этапах эволюции Млечного Пути. Это проверит существующие модели звёздообразования, уточнит роль сверхновых в синтезе тяжёлых элементов и откроет новую страницу в нейтринной астрономии, где наблюдать можно не только ближайшие звёздные взрывы, но и всю историю массивных звёзд, существовавших задолго до Земли.
Запуск Hyper‑Kamiokande ознаменует начало эры, когда нейтрино станут полноценным инструментом космической археологии, позволяя учёным «заглянуть» в прошлое галактики, скрытое от традиционных телескопов.
