Tekst źródłowy strony Hyper-Kamiokande

{{Dopracować|tłumaczenie}}
[[Plik:HK experiment overview.jpg|mały|upright=1.2|Schemat eksperymentu Hyper-Kamiokande]]

'''Hyper-Kamiokande''' (w skrócie '''Hyper-K''' lub '''HK''') to obserwatorium oraz eksperyment [[Neutrino|neutrinowy]], obecnie w trakcie budowy, w miejscowościach [[Hida (Gifu)|Hida]] ([[Prefektura Gifu|Gifu]]) i [[Tōkai (Ibaraki)|Tōkai]] ([[Prefektura Ibaraki|Ibaraki]]) w [[Japonia|Japonii]]. Projekt Hyper-K jest prowadzony przez [[Uniwersytet Tokijski]] i japoński ośrodek badawczy [[KEK]] (ang. The High Energy Accelerator Research Organization) we współpracy z instytutami z ponad 20 krajów z sześciu kontynentów<ref name="hkoverview">{{Cytuj stronę | url = https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/hk/about/outline/ | tytuł = Hyper-Kamiokande website: Overview | język = en }}</ref><ref>{{Cytuj stronę|tytuł=Hyper-Kamiokande website: Collaboration Institutes|url=https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/hk/about/collaboration/}}</ref>. Jako następca eksperymentu [[Super-Kamiokande]] (w skrócie Super-K lub SK) i eksperymentu [[T2K]], HK został zaprojektowany do poszukiwania [[Rozpad protonu|rozpadu protonu]] i wykrywania neutrin ze źródeł naturalnych, takich jak Ziemia, atmosfera, [[Neutrina słoneczne|Słońce]] i kosmos, a także do badania [[Oscylacje neutrin|oscylacji neutrin]] z wytworzonej przez człowieka wiązki [[Neutrina akceleratorowe|neutrin akceleratorowych]]<ref name="1805.04163">{{Cytuj |autor = Hyper-Kamiokande Proto-Collaboration |tytuł = Hyper-Kamiokande Design Report |data = 2018-11-28 |data dostępu = 2024-02-01 |czasopismo = arXiv |doi = 10.48550/arXiv.1805.04163|arxiv=1805.04163}}</ref>. Rozpoczęcie zbierania danych planowane jest na rok 2027<ref name="hkapproved">{{Cytuj |tytuł = Kamioka Observatory website: The Hyper-Kamiokande project is officially approved. Kamioka Observatory ICRR, The University of Tokyo |data dostępu = 2024-02-01 |opublikowany = Kamioka Observatory ICRR, The University of Tokyo |url = https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/detail/300}}</ref>.

Obiekty wykorzystywane przez eksperyment Hyper-Kamiokande będą się znajdować w dwóch miejscach:
* Wiązka neutrin będzie wytwarzana w kompleksie akceleratorów [[J-PARC]] (ang. Japan Proton Accelerator Research Complex, {{Współrzędne|36.445 140.606|source:kolossus-dewiki}}) i badana przez układ bliskich detektorów oraz pośredni detektor, wszystkie zlokalizowane w miejscowości [[Tōkai (Ibaraki)|Tōkai]], w prefekturze [[Prefektura Ibaraki|Ibaraki]], na wschodnim wybrzeżu Japonii<ref name="1805.04163" />.
* Główny detektor, również nazywający się Hyper-Kamiokande (HK), jest obecnie budowany pod szczytem góry [[Nijuugo]] w mieście [[Hida (Gifu)|Hida]], w prefekturze [[Prefektura Gifu|Gifu]], w [[Alpy Japońskie|Alpach Japońskich]] ({{Współrzędne|36 21′ 20.105″ N 137 18′ 49.137″ E|umieść = w tekście i na górze}}<ref name="1805.04163" />). Detektor HK będzie wykorzystywany do poszukiwań rozpadu protonu, badań neutrin ze źródeł naturalnych, a także będzie służył jako daleki detektor do pomiaru oscylacji wiązki neutrin akceleratorowych w odległości odpowiadającej pierwszemu maksimum oscylacji<ref name="1805.04163" /><ref name="hk_lodovico">{{Cytuj pismo | autor = Francesca Di Lodovico (Queen Mary, U. of London) for the Hyper-Kamiokande collaboration | tytuł = The Hyper-Kamiokande Experiment | url = https://inspirehep.net/literature/1625581 | czasopismo = J. Phys. Conf. Ser. | wolumin = 888 | strony = 012020 | data = Sep 20, 2017 | doi = 10.1088/1742-6596/888/1/012020 | bibcode = 2017JPhCS.888a2020D | język = en}}</ref>.

== Cele badawcze ==
=== Oscylacje neutrin akceleratorowych i atmosferycznych ===

[[Oscylacje neutrin]] są zjawiskiem [[Mechanika kwantowa|kwantowo-mechanicznym]], w którym neutrina zmieniają swój [[zapach (mechanika kwantowa)|zapach]] ([[Neutrino#Rodzaje neutrin|stany zapachowe]] neutrin: ν<sub>e</sub>, ν<sub>μ</sub>, ν<sub>τ</sub>) podczas propagacji w przestrzeni, co wynika z faktu, że stany zapachowe neutrin są mieszaniną stanów masowych neutrin (stany masowe: ν<sub>1</sub>, ν<sub>2</sub>, ν<sub>3</sub>, o masach odpowiednio m<sub>1</sub>, m<sub>2</sub>, m<sub>3</sub>). Prawdopodobieństwo oscylacji zależy od sześciu parametrów teoretycznych:
* trzech [[Macierz Makiego-Nakagawy-Sakaty|kątów mieszania]] (θ<sub>12</sub>, θ<sub>23</sub> i θ <sub>13</sub>) opisujących mieszanie stanów masowych i zapachowych,
* dwóch różnic kwadratów mas (∆m<sup>2</sup><sub>21</sub> i ∆m<sup>2</sup><sub>32</sub>, gdzie ∆m<sup>2</sup><sub>ij</sub> = m<sup>2</sup><sub>i</sub> - m<sup>2</sup><sub>j</sub>)
* jednej fazy (δ<sub>CP</sub>) odpowiedzialnej za asymetrię między materią i antymaterią (łamanie symetrii CP) w oscylacjach neutrin,
oraz dwóch parametrów eksperymentalnych:
* energii neutrin
* odległości przebywanej przez neutrina (tzw. bazy), na której mierzone są oscylacje<ref name="1805.04163" /><ref name="pdg">{{Cytuj pismo|autor=Particle Data Group and Workman|tytuł=Review of Particle Physics|czasopismo=Progress of Theoretical and Experimental Physics|wolumin=2022|wydanie=8|strony=083C01|data=August 2022|doi=10.1093/ptep/ptac097}}</ref>. 

Kontynuując badania prowadzone przez [[T2K|eksperyment T2K]], daleki detektor HK będzie mierzyć widma energetyczne neutrin elektronowych i mionowych w wiązce wytwarzanej w [[J-PARC]] jako prawie czysta wiązka neutrin mionowych. Widma te zostaną porównane z oczekiwaniami w przypadku braku oscylacji, wstępnie obliczonymi na podstawie modeli strumienia i oddziaływań neutrin i doprecyzowanymi dzięki pomiarom wykonanym przez detektory bliskie i pośredni. Prawdopodobieństwo oscylacji neutrin w funkcji ich energii zostanie wyznaczone na podstawie różnicy między zmierzoną a oczekiwaną liczbą neutrin danego zapachu<ref name="1805.04163" />.

Szczytowa energia wiązki neutrin HK/T2K (600 MeV) i odległość między J-PARC a detektorem HK/SK (295 km) odpowiada pierwszemu maksimum oscylacji dla oscylacji wynikających głównie z różnicy kwadratów mas ∆m<sup>2</sup><sub>32</sub> (∆m<sup>2</sup><sub>21</sub> jest mniej istotna w tym przypadku). [[Neutrina akceleratorowe|Wiązka neutrin]] z J-PARC będzie produkowana osobno w trybie neutrinowym i antyneutrinowym (ang. neutrino- and antineutrino-enhanced modes), w których będzie głównie zawierać odpowiednio albo neutrina mionowe albo antyneutrina mionowe. Dzięki temu pomiary neutrin w trybie (anty)neutrinowym dostarczą informacji o prawdopodobieństwie zanikania (anty)neutrin mionowych P<sub>ν<sub>μ</sub>→ν<sub>μ</sub></sub> (P<sub>{{nadkreślenie|ν}}<sub>μ</sub>→{{nadkreślenie|ν}}<sub>μ</sub></sub>) oraz pojawianiu się (anty)neutrin elektronowych P<sub>ν<sub>μ</sub>→ν<sub>e</sub></sub> (P<sub>{{nadkreślenie|ν}}<sub>μ</sub>→{{nadkreślenie|ν}}<sub>e</sub></sub>), gdzie P<sub>ν<sub>α</sub>→ν<sub>β</sub></sub> jest prawdopodobieństwem, że neutrino pierwotnie o zapachu α zostanie później zaobserwowane jako będące w stanie zapachowym β<ref name="1805.04163" />.

[[Plik:Hk cp exclusion ability.png|mały| Zdolność Hyper-K do wykluczenia zachowania CP w funkcji prawdziwej wartości δ<sub>CP</sub>]]

Porównanie prawdopodobieństw pojawiania się neutrin i antyneutrin elektronowych (P<sub>ν<sub>μ</sub>→ν<sub>e</sub></sub> i P<sub>{{nadkreślenie|ν}}<sub>μ</sub>→{{nadkreślenie|ν}}<sub>e</sub></sub>) pozwala zmierzyć fazę δ<sub>CP</sub>. Zakres δ<sub>CP</sub> wynosi od -π do π (od -180° do 180°), a 0 i ±π odpowiadają zachowaniu [[symetria CP|symetrii CP]]. Oczekuje się, że po 10 latach zbierania danych HK potwierdzi na [[Przedział ufności|poziomie ufności]] 5σ lub więcej, czy symetria CP jest naruszana w oscylacjach neutrin dla 57% możliwych wartości δ<sub>CP</sub>. Naruszenie symetrii CP jest jednym z warunków niezbędnych do [[Bariogeneza|wytworzenia nadmiaru materii]] nad antymaterią we wczesnym Wszechświecie, który to nadmiar obecnie tworzy nasz zbudowany z materii Wszechświat. Neutrina akceleratorowe zostaną również wykorzystane do zwiększenia precyzji innych parametrów oscylacyjnych |∆m<sup>2</sup><sub>32</sub>|, θ<sub>23</sub> i θ<sub>13</sub>, a także do badań oddziaływań neutrin<ref name="1805.04163" />.

Aby określić hierarchię mas neutrin (czy stan własny masy ν<sub>3</sub> jest lżejszy czy cięższy od stanów masowych ν<sub>1</sub> i ν<sub>2</sub>), lub równoważnie nieznany znak parametru ∆m<sup>2</sup><sub>32</sub>, oscylacje neutrin muszą być obserwowane w materii (tzw. efekt materii, ang. matter effect<ref group="uwaga" name="mattereffect"/>). W przypadku wiązki neutrin z ośrodka J-PARC, odległość przebywana przez neutrina w materii (295 km) jest na tyle krótka, że efekt materii jest niewielki. Oprócz neutrin z wiązki, eksperyment HK bada neutrina atmosferyczne, powstające w wyniku zderzeń [[Promieniowanie kosmiczne|promieni kosmicznych]] z atmosferą Ziemi, wytwarzających neutrina i inne produkty uboczne. Neutrina te są wytwarzane we wszystkich punktach wokół kuli ziemskiej, co oznacza, że HK ma dostęp do neutrin, które przebyły szeroki zakres odległości przez materię (od kilkuset metrów do [[Promień Ziemi|średnicy Ziemi]]). Te próbki neutrin mogą być wykorzystane do określenia hierarchii mas neutrin<ref name="1805.04163" />.

Połączona analiza neutrin z wiązki i neutrin atmosferycznych maksymalizuje [[Czułość i swoistość|czułość]] eksperymentu HK na parametry oscylacji δ<sub>CP</sub>, |∆m<sup>2</sup><sub>32</sub>|, [[Funkcja signum|<math>\sgn</math>]] ∆m<sup>2</sup><sub>32</sub>, θ<sub>23</sub> i θ<sub>13</sub><ref name="1805.04163" />.

=== Astronomia neutrin i geoneutrina ===

Wybuchy [[Supernowa|supernowych]] wytwarzają ogromne ilości neutrin. Dla supernowej w [[Galaktyka Andromedy|galaktyce Andromedy]], oczekuje się 10 do 16 oddziaływań neutrin w dalekim detektorze HK. W przypadku supernowej galaktycznej (znajdującej się wewnątrz [[Droga Mleczna|naszej galaktyki]]) w odległości 10 [[parsek|kpc]], w detektorze HK w ciągu kilkudziesięciu sekund spodziewanych jest około 50 000 do 94 000 oddziaływań neutrin. Dla [[Betelgeza|Betelgezy]] w odległości 0,2 kpc wskaźnik ten może osiągnąć nawet 10<sup>8</sup> oddziaływań na sekundę i taką liczbę zdarzeń uwzględniono przy projektowaniu [[Elektronika|elektroniki]] oraz systemu [[Akwizycja danych|akwizycji danych]] (DAQ, ang. data acquisition) detektora. Profile czasowe liczby zdarzeń zarejestrowanych w dalekim detektorze HK oraz ich średniej energii umożliwiłyby przetestowanie różnych modeli eksplozji supernowych<ref name="1805.04163" /><ref>{{Cytuj pismo|autor=the Hyper-Kamiokande collaboration|tytuł=Supernova Model Discrimination with Hyper-Kamiokande|url=https://inspirehep.net/literature/1840585|czasopismo=Astrophys. J.|wolumin=916|numer=1|strony=15|data=Jan 13, 2021|doi=10.3847/1538-4357/abf7c4|bibcode=2021ApJ...916...15A|arxiv=2101.05269}}</ref>.

Informacje o kierunkach neutrin w dalekim detektorze HK mogą stanowić wczesne ostrzeżenie dla elektromagnetycznych obserwacji supernowych, a także mogą zostać wykorzystane w innych obserwacjach obejmujących wielu "posłańców" ([[astronomia wielozakresowa]], ang. multi-messenger astronomy), takich jak [[promieniowanie elektromagnetyczne]], [[fale grawitacyjne]], [[promieniowanie kosmiczne]]<ref name="1805.04163" />.

Neutrina wytworzone łącznie w wyniku eksplozji supernowych na przestrzeni całej historii [[Wszechświat]]a nazywane są neutrinami z reliktowych supernowych (SRN, ang. supernova relic neutrinos) lub rozproszonym tłem neutrin z supernowych (DSNB, ang. diffuse supernova neutrino background) i niosą informacje o historii powstawania gwiazd. Ze względu na niewielki strumień (kilkadziesiąt neutrin /cm<sup>2</sup> /sek.) nie zostały jeszcze odkryte. Oczekuje się, że w ciągu dziesięciu lat zbierania danych HK zarejestruje około 40 zdarzeń SRN dla zakresu energii 16–30 MeV<ref name="1805.04163" /><ref>{{Cytuj pismo|nazwisko=Yano|imię=Takatomi|tytuł=Prospects for neutrino astrophysics with Hyper-Kamiokande|url=https://inspirehep.net/literature/1930815|czasopismo=PoS|wolumin=ICRC2021|wydanie=|strony=1193|rok=2021|doi=10.22323/1.395.1193}}</ref>.

Dla ν<sub>e</sub> [[Neutrina słoneczne|słonecznych]], cele eksperymentu HK to m.in.:
* Poszukiwanie asymetrii dzień–noc w strumieniu neutrin – wynikającej z różnych odległości pokonywanych w [[Materia (fizyka)|materii]] (w nocy neutrina dodatkowo przemierzają Ziemię przed wejściem do detektora), a tym samym różnych prawdopodobieństw oscylacji spowodowanych [[Efekt Mikheyeva–Smirnova–Wolfensteina|efektem Mikheyeva–Smirnova–Wolfensteina]] (MSW)<ref group="uwaga" name="mattereffect">Efekt Mikheyeva–Smirnova–Wolfensteina (MSW), po angielsku zwany też "matter effect", opisuje zmiany w prawdopodobieństwach oscylacji neutrin poruszających się w materii względem prawdopodobieństwa oscylacji w próżni.</ref><ref name="1805.04163" />.
* Pomiar prawdopodobieństwa zanikania ν<sub>e</sub> dla energii neutrin od 2 do 7 MeV – tj. pomiędzy obszarami zdominowanymi odpowiednio przez oscylacje w [[próżnia|próżni]] i oscylacje w materii – które jest wrażliwy na nowe modele fizyczne, takie jak [[Neutrino sterylne|sterylne neutrina]] lub niestandardowe oddziaływania<ref name="1805.04163" /><ref>{{Cytuj pismo|autor=Maltoni, Michele and Smirnov, Alexei Yu.|tytuł=Solar neutrinos and neutrino physics|url=https://inspirehep.net/literature/1383834|czasopismo=Eur. Phys. J. A|wolumin=52|numer=4|strony=87|data=Jul 19, 2015|doi=10.1140/epja/i2016-16087-0|arxiv=1507.05287}}</ref><ref>{{Cytuj |autor = Bhupal Dev, K. S. Babu, Peter Denton, Pedro Machado, Carlos A. Argüelles, Joshua L. Barrow, Sabya Sachi Chatterjee, Mu-Chun Chen, André de Gouvêa, Bhaskar Dutta, Dorival Gonçalves, Tao Han, Matheus Hostert, Sudip Jana, Kevin J. Kelly, Shirley Weishi Li, Ivan Martinez-Soler, Poonam Mehta, Irina Mocioiu, Yuber F. Perez-Gonzalez, Jordi Salvado, Ian Shoemaker, Michele Tammaro, Anil Thapa, Jessica Turner, Xun-Jie Xu |tytuł = Neutrino non-standard interactions: A status report |czasopismo = SciPost Physics Proceedings |data = 2019-12-04 |data dostępu = 2024-09-26 |issn = 2666-4003 |numer = 2 |doi = 10.21468/SciPostPhysProc.2.001 |url = https://scipost.org/10.21468/SciPostPhysProc.2.001}}</ref>.
* Pierwsza obserwacja neutrin z kanału ''hep'': <math>{^3}\text{He} + \text{p} \to {^4}\text{He} + \text{e}^{+} + \operatorname{\nu}_\text{e}</math> przewidywanego przez [[Standardowy Model Słońca]]<ref name="1805.04163" />. 
* Porównanie strumienia neutrin z aktywnością Słońca (np. [[aktywność słoneczna|11-letni cykl słoneczny]])<ref>{{Cytuj stronę|url=https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/hk/about/research/|tytuł=Hyper-Kamiokande website: Cosmic Neutrino Observation: Solar neutrinos}}</ref>.

[[Geoneutrina]] powstają w wyniku rozpadów [[izotopy promieniotwórcze|radionuklidów]] wewnątrz Ziemi. Badania geoneutrin w Hyper-Kamiokande pomogą ocenić skład chemiczny [[Jądro Ziemi|jądra Ziemi]], który jest związany z generowaniem [[Ziemskie pole magnetyczne|pola geomagnetycznego]]<ref name="1805.04163" />.

=== Rozpad protonu ===

[[Rozpad protonu|Rozpad]] swobodnego [[proton]]u na lżejsze cząstki subatomowe jeszcze nigdy nie został zaobserwowany, ale jest on przewidywany przez niektóre [[teorie wielkiej unifikacji]] (GUT, ang. grand unified theories) i wynika z łamania prawa zachowania [[Liczba barionowa|liczby barionowej]] (B). Niezachowanie B to jeden z [[Bariogeneza#Warunki Sacharowa|warunków]] niezbędnych do wyjaśnienia przewagi [[Materia (fizyka)|materii]] nad [[Antymateria|antymaterią]] we [[Wszechświat|Wszechświecie]]. Główne kanały badane przez HK to <math>p^+\to e^+ + \pi^0</math> preferowany przez wiele modeli GUT i <math>p^+\to \bar\nu + K^+</math> przewidywany przez teorie zawierające [[Supersymetria|supersymetrię]]. Po dziesięciu latach zbierania danych oczekuje się, że (w razie braku obserwacji rozpadu) HK zwiększy dolną granicę [[Prawo rozpadu naturalnego|średniego czasu życia]] protonu z <math>1{,}6\times 10^{34}</math> do <math>6{,}3\times 10^{34}</math> lat dla swojego najbardziej czułego kanału rozpadu (<math>p^+\to e^+ + \pi^0</math>) i z <math>0{,}7\times 10^{34}</math> do <math>2{,}0\times 10^{34}</math> lat dla kanału <math>p^+\to \bar\nu + K^+</math><ref name="1805.04163" /><ref>{{Cytuj |autor = K. S. Babu, E. Kearns, U. Al-Binni, S. Banerjee, D. V. Baxter |tytuł = Baryon Number Violation |czasopismo = Proceedings, 2013 Community Summer Study on the Future of U.S. Particle Physics: Snowmass on the Mississippi (CSS2013) |data dostępu = 2024-02-12 |miejsce = Minneapolis, MN, USA |doi = 10.48550/ARXIV.1311.5285 |arxiv = 1311.5285 |język = en}}</ref>.

=== Ciemna materia ===

[[Ciemna materia]] to hipotetyczna, nieświecąca forma materii, zaproponowana w celu wyjaśnienia licznych obserwacji astronomicznych sugerujących istnienie dodatkowej niewidzialnej masy w galaktykach. Jeśli cząstki ciemnej materii [[oddziaływanie słabe|oddziałują słabo]], mogą wytworzyć neutrina w wyniku [[Anihilacja|anihilacji]] lub rozpadu. Neutrina te mogą być widoczne w detektorze HK jako nadmiar neutrin z kierunku dużych [[potencjał grawitacyjny|potencjałów grawitacyjnych]], takich jak [[Centrum Galaktyki]], [[Słońce]] czy [[Ziemia]], w stosunku do izotropowego tła [[Neutrino atmosferyczne|neutrin atmosferycznych]]<ref name="1805.04163" />.

== Opis eksperymentu ==

Eksperyment Hyper-Kamiokande będzie składał się z linii produkcji wiązki [[neutrina akceleratorowe|neutrin akceleratorowych]], zestawu bliskich detektorów, pośredniego detektora i detektora dalekiego (także zwanego Hyper-Kamiokande). Sam daleki detektor będzie wykorzystywany do poszukiwań [[rozpad protonu|rozpadu protonu]] i badań neutrin ze źródeł naturalnych. Natomiast wszystkie powyższe elementy posłużą do badania [[oscylacje neutrin|oscylacji neutrin]] akceleratorowych. Przed uruchomieniem eksperymentu HK, eksperyment [[T2K]] zakończy zbieranie danych, a HK przejmie jego linię produkcji wiązki neutrin i zestaw bliskich detektorów, natomiast detektory pośredni i daleki muszą zostać zbudowane od nowa<ref name="panic2021">{{Cytuj stronę|nazwisko=Vilela|imię=Cristovao|tytuł=The status of T2K and Hyper-Kamiokande experiments|url=https://indico.lip.pt/event/592/contributions/3550/|opublikowany=PANIC 2021 Conference|data=September 5–10, 2021|data dostępu=2021-09-29|zarchiwizowano=2021-09-29|archiwum=https://web.archive.org/web/20210929161023/https://indico.lip.pt/event/592/contributions/3550/}}</ref>.

{{Grafika rozwinięta
| opis = Strumień neutrin mionowych (po lewej) i elektronowych (po prawej) w detektorze IWCD dla różnych kątów od osi wiązki neutrin
| całkowita szerokość  = 460
| kierunek = horizontal
| grafika1             = Numu flux iwcd.png
| alt1                 = Strumień neutrin mionowych w IWCD
| grafika2             = Nue flux iwcd.png
| alt2                 = Strumień neutrin elektronowych w IWCD
}}

=== Wiązki neutrin ===

{{Osobny artykuł|T2K#Wiązka neutrin}}
{{Osobny artykuł|T2K#Modernizacja wiązki}}

=== Bliskie detektory ===

{{Osobny artykuł|T2K#Bliskie detektory}}
{{Osobny artykuł|T2K#Modernizacja ND280}}

=== Pośredni wodny detektor Czerenkowa ===

Pośredni wodny detektor [[promieniowanie Czerenkowa|Czerenkowa]] (IWCD, ang. ''Intermediate Water Cherenkov Detector'') będzie zlokalizowany w odległości 750 m od miejsca produkcji neutrin. Będzie to walec wypełniony wodą o średnicy 10 m i wysokości 50 m, w którym umieszczona zostanie ruchoma konstrukcja o wysokości 10 m oprzyrządowana za pomocą około 400 modułów multi-PMT (mPMT). Każdy mPMT będzie składał się z dziewiętnastu [[Fotopowielacz|fotopowielaczy]] (PMT, ang. PhotoMultiplier Tubes) o średnicy 8 cm zamkniętych w wodoodpornej obudowie. Konstrukcja będzie przesuwana w kierunku pionowym za pomocą dźwigu, co umożliwi pomiary oddziaływań neutrin dla różnych [[T2K#Wiązka pozaosiowa|kątów pozaosiowych]] (kątów względem osi wiązki), od 1° na dole do 4° na górze, a tym samym dla różnych widm energii neutrin<ref group="uwaga">Średnia energia neutrin zmniejsza się ze wzrostem kąta od osi wiązki neutrin.</ref>. [[Kombinacja liniowa|Łącząc]] wyniki dla różnych kątów pozaosiowych, możliwe jest wyodrębnienie wyników dla prawie [[Monochromatyczność|monoenergetycznego]] widma neutrin bez polegania na teoretycznych modelach oddziaływań neutrin w celu rekonstrukcji energii neutrin. Zastosowanie tego samego typu detektora co detektor daleki, z niemal taką samą [[Akceptancja detektora|akceptancją]]<ref group="uwaga">Akceptancja detektora to zakres parametrów kinematycznych cząstki, takich jak kierunek i pęd cząstki, dla których cząstka może zostać wykryta przez detektor.</ref><ref>{{Cytuj stronę | url = https://www.ippp.dur.ac.uk/~krauss/Lectures/QuarksLeptons/Basics/Det_1.html | tytuł = Detector & statistics in a nutshell | autor = Frank Krauss | data dostępu = 2024-10-08}}</ref> kąta i pędu, pozwala na porównanie wyników uzyskanych z tych dwóch detektorów bez polegania na symulacjach odpowiedzi detektorów. Te dwa fakty, niezależność od modelu oddziaływań neutrin i modelu odpowiedzi detektora, pozwolą eksperymentowi HK zminimalizować [[błąd systematyczny]] w analizie oscylacji. Dodatkowymi zaletami takiej konstrukcji detektora jest możliwość poszukiwania [[Oscylacje neutrin|oscylacji]] z udziałem hipotetycznych [[Neutrino sterylne|neutrin sterylnych]] dla różnych kątów pozaosiowych oraz uzyskanie czystszej próbki oddziaływań neutrin elektronowych, których udział we wszystkich oddziaływaniach jest większy dla większych kątów pozaosiowych<ref name="1805.04163" /><ref>{{cytuj |czasopismo = arXiv |autor = nuPRISM Collaboration |tytuł = Letter of Intent to Construct a nuPRISM Detector in the J-PARC Neutrino Beamline |data = 13 grudnia 2014 |arxiv=1412.3086}}</ref><ref>{{cytuj stronę |url = https://j-parc.jp/researcher/Hadron/en/pac_1607/pdf/P61_2016-17.pdf|tytuł = Proposal for the NuPRISM Experiment in the J-PARC Neutrino Beamline |autor = nuPRISM Collaboration |język = en |data = 7 lipca 2016}}</ref><ref name = "tau2023">{{Cytuj |autor = Umut Kose (on behalf of the Hyper-Kamiokande Collaboration) |tytuł = The Hyper-Kamiokande Experiment: Status and Prospect; The 17th International Workshop on Tau Lepton Physics (TAU2023) |data = 2023-12-07 |data dostępu = 2024-02-08 |opublikowany = Indico |url = https://indico.cern.ch/event/1303630/contributions/5620874/ |język = en}}</ref><ref>{{Cytuj |autor = Mark Hartz |tytuł = Near Detectors for the Hyper-K Neutrino Experiment |data = 2020-07-29 |data dostępu = 2024-02-16 |opublikowany = 40th International Conference on High Energy Physics (ICHEP 2020) |url = https://indico.cern.ch/event/868940/contributions/3817119/ |język = pl}}</ref>.

=== Daleki detektor Hyper-Kamiokande ===

[[Plik:Hyper-Kamiokande scheme.png|mały| Schemat dalekiego detektora Hyper-Kamiokande - wodnego detektora Czerenkowa]]

Detektor Hyper-Kamiokande zostanie wybudowany 650 m pod szczytem góry Nijuugo w kopalni Tochibora, 8 km na południe od detektora [[Super-Kamiokande]] (SK). Oba detektory będą znajdować się pod tym samym kątem (2,5°) względem wiązki neutrin (SK znajduje się na północ od osi wiązki neutrin, a HK będzie znajdował się na południe od osi) i w tej samej odległości (295 km) od miejsca produkcji wiązki w [[J-PARC]]<ref group="uwaga">Detektor Super-Kamiokande służy jako detektor daleki do analizy oscylacji neutrin w eksperymencie T2K. Jednak Super-Kamiokande jest również oddzielnym eksperymentem w zakresie poszukiwania rozpadu protonu i badań neutrin ze źródeł naturalnych.</ref><ref name="1805.04163" /><ref name="hk_det">{{Cytuj stronę|url=https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/hk/about/detector/|tytuł=Hyper-Kamiokande website: Hyper-Kamiokande Detector}}</ref>.

[[Plik:HK ID PMT.jpg|mały|Makieta z PMT typu R12860 o średnicy 50 cm dla wewnętrznego detektora (ID) dalekiego detektora HK]]

{{Grafika rozwinięta
| opis = Multi-PMT dla ID dalekiego detektora Hyper-Kamiokande
| całkowita szerokość  = 330
| kierunek = horizontal
| grafika1             = MPMT prototype for HK detector.png
| opis1                 = Prototyp
| grafika2             = HK mPMT scheme.jpg
| opis2                 = Schemat
}}

[[Plik:HK OD PMT.jpg|mały| 8 centymetrowy fotopowielacz (PMT) z płytą WLS (Wavelength-Shifting Fiber) dla zewnętrznego detektora (OD) dalekiego detektora Hyper-Kamiokande]]

HK będzie wodnym detektorem [[Promieniowanie Czerenkowa|Czerenkowa]], 5 razy większym (258 kiloton wody) niż detektor SK. Będzie to [[Walec (bryła)|walec]] o średnicy 68 m i wysokości 71 m. Objętość zbiornika zostanie podzielona na detektor wewnętrzny (ID, ang. Inner Detector) i detektor zewnętrzny (OD, ang. Outer Detector) za pomocą cylindrycznej, nieaktywnej struktury o szerokości 60 cm, której zewnętrzna krawędź zostanie umieszczona w odległości 1 metra od pionowych i 2 metrów od poziomych ścian zbiornika. Struktura będzie optycznie oddzielać ID od OD i będzie wyposażona w [[fotopowielacz]]e (PMT, ang. PhotoMultiplier Tubes) skierowane zarówno do wewnątrz do ID, jak i na zewnątrz do OD. W przypadku ID będzie to co najmniej 20000 fotopowielaczy (PMT) o średnicy 50 centymetrów typu R12860 firmy [[Hamamatsu Photonics]] i około 800 modułów multi-PMT (mPMT). Każdy moduł mPMT składa się z dziewiętnastu fotopowielaczy o średnicy 8 cm zamkniętych w wodoszczelnej osłonie. OD będzie oprzyrządowany przez co najmniej 3600 PMT o średnicy 8 cm zespolonych z płytami WLS (ang. WaveLength-Shifting, płyta o rozmiarze 0.6x30x30cm<sup>3</sup> będzie zbierać padające na nią światło i doprowadzać je do fotopowielacza) i będzie służył jako weto<ref group="uwaga">Weto jest częścią detektora, w którym żadna aktywność nie powinna być zarejestrowana, jeśli zdarzenie ma być zaakceptowane. Taki wymóg pozwala ograniczyć liczbę zdarzeń tła w wybranej próbce.</ref> do rozróżniania oddziaływań zachodzących wewnątrz od cząstek wchodzących do detektora z zewnątrz (głównie [[Promieniowanie kosmiczne#Promieniowanie wtórne|mionów promieniowania kosmicznego]])<ref name="hk_det"/><ref name="hk_photo">{{Cytuj pismo|autor=Jan Kisiel (Silesia U.) for the Hyper-Kamiokande collaboration|tytuł=Photodetection and electronic system for the Hyper-Kamiokande Water Cherenkov detectors|url=https://inspirehep.net/literature/2675891|czasopismo=Nucl. Instrum. Meth. A|wolumin=1055|strony=168482|data=Jun 28, 2023|doi=10.1016/j.nima.2023.168482|bibcode=2023NIMPA105568482K}}</ref><ref name="tau2023"/>.

[[Plik:J-PARC neutrino beam Japan to Korea.png|mały| Wiązka neutrin z J-PARC od Japonii do Korei]]

Budowa detektora HK rozpoczęła się w 2020 r., a początek zbierania danych planowany jest na 2027 r.<ref name="1805.04163"/><ref name="hkapproved"/><ref name="panic2021"/>. Przeprowadzono również badania nad wykonalnością i korzyściami dla programu fizycznego z budowy drugiego, identycznego wodnego detektora Czerenkowa w [[Korea Południowa|Korei Południowej]], około 1100 km od J-PARC, który miałby zostać oddany do użytku 6 lat po wybudowaniu pierwszego zbiornika<ref name="hk_lodovico"/><ref name="second_tank_korea">{{Cytuj pismo | autor = Hyper-Kamiokande Proto-Collaboration | tytuł = Physics potentials with the second Hyper-Kamiokande detector in Korea | url = https://academic.oup.com/ptep/article/2018/6/063C01/5041972 | czasopismo = Progress of Theoretical and Experimental Physics | wolumin = 2018 | wydanie = 6 | strony = 063C01 | data = 2019-06-20 | doi = 10.1093/ptep/pty044 | język = en }}
</ref>.

== Historia i harmonogram ==

[[Plik:Hyper-Kamiokande detector construction schedule.png|mały| Harmonogram budowy detektora Hyper-Kamiokande]]

Historia dużych wodnych detektorów Czerenkowa w Japonii i związanych z nimi eksperymentów z długą bazą pomiarową badających oscylacje neutrin (baza pomiarowa, to odległość między miejscem produkcji neutrin a dalekim detektorem), z wyłączeniem HK:
* 1983-1996: Eksperyment [[Kamiokande]] (ang. Kamioka Nucleon Decay Experiment), którego głównym celem było poszukiwanie [[rozpad protonu|rozpadu protonu]] ([[Laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki|Nagroda Nobla z Fizyki]] z 2002 roku dla [[Masatoshi Koshiba|Masatoshiego Koshiby]]) – poprzednik eksperymentu [[Super-Kamiokande]]<ref name="hkoverview"/>
* 1996–teraz: Eksperyment [[Super-Kamiokande]] – poprzednik eksperymentu Hyper-Kamiokande, badający neutrina ze źródeł naturalnych i poszukujący rozpadu protonu ([[Laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki|Nagroda Nobla z Fizyki]] z 2015 roku dla [[Takaaki Kajita|Takaakiego Kajity]])<ref name="hkoverview"/>
* 1999–2004: Eksperyment [[K2K]] – poprzednik eksperymentu [[T2K]]
* 2010–teraz: Eksperyment [[T2K]] – poprzednik eksperymentu Hyper-Kamiokande, badający oscylacje neutrin akceleratorowych

Historia eksperymentu Hyper-Kamiokande:
* Wrzesień 1999: Prezentacja pierwszych pomysłów na nowy eksperyment<ref>{{Cytuj |autor = M. Shiozawa |tytuł = Study of 1 megaton water cherenkov detectors for the future proton decay search |data = 2000 |data dostępu = 2024-02-01 |wolumin = 533 |wydawca = AIP |s = 21–24 |doi = 10.1063/1.1361719 |url = https://pubs.aip.org/aip/acp/article/533/1/21-24/574279 |język = en}}</ref>
* 2000: Po raz pierwszy użyto nazwy „Hyper-Kamiokande”<ref>{{Cytuj pismo|nazwisko=Nakamura|imię=K.|tytuł=HYPER-KAMIOKANDE: A next generation water Cherenkov detector for a nucleon decay experiment|url=https://inspirehep.net/literature/550304|czasopismo=Part of Neutrino Oscillations and Their Origin. Proceedings, 1st Workshop, Fujiyoshida, Japan, February 11–13|strony=359–363|rok=2000}}</ref>
* Wrzesień 2011 r.: Przedłożenie [[List intencyjny|LOI]]<ref>{{Cytuj |autor = K. Abe;T. Abe;H Aihara;Y. Fukuda;Y. Hayato |tytuł = Letter of Intent: The Hyper-Kamiokande Experiment --- Detector Design and Physics Potential --- |data = 2011-09-15 |czasopismo = arXiv |arxiv=1109.3262}}</ref>
* Styczeń 2015: Podpisanie MoU (ang. Memorandum of Understanding) o współpracy w projekcie Hyper-Kamiokande przez dwie główne instytucje: ICRR (ang. Institute for Cosmic Ray Research) i [[KEK]] (ang. The High Energy Accelerator Research Organization). Utworzenie proto-współpracy Hyper-Kamiokande<ref>{{Cytuj stronę|url=https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/hk/news/detail/449|data=February 5, 2015|tytuł=Hyper-Kamiokande website: The Inaugural Symposium of the Hyper-K Proto-Collaboration}}</ref><ref>{{Cytuj stronę | url = https://cerncourier.com/a/proto-collaboration-formed-to-promote-hyper-kamiokande/ | tytuł = Proto-collaboration formed to promote Hyper-Kamiokande | data = 2015-04-09 | opublikowany = CERN Courier | język = en}}</ref>
* Maj 2018: Raport projektowy (ang. design report) eksperymentu Hyper-Kamiokande<ref name="1805.04163" />
* Wrzesień 2018 r.: Wstępne finansowanie z MEXT (japońskie Ministerstwo Edukacji, Kultury, Sportu, Nauki i Technologii) przydzielone na rok 2019<ref>{{Cytuj stronę | url = https://cerncourier.com/a/hyper-kamiokande-construction-to-start-in-2020/ | tytuł = Hyper-Kamiokande construction to start in 2020 | data = 2018-09-28 | opublikowany = CERN Courier | język = en}}</ref>
* Luty 2020: Projekt oficjalnie zatwierdzony przez [[Zgromadzenie Narodowe (Japonia)|japoński parlament]]<ref name="hkapproved" />
* Czerwiec 2020: Zawiązanie współpracy Hyper-Kamiokande
* Maj 2021: Rozpoczęcie drążenia tunelu dostępowego do przyszłego detektora HK<ref>{{Cytuj stronę | url = https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/articles/z0208_00113.html | tytuł = Groundbreaking ceremony for Hyper-Kamiokande held in Hida, Japan | data = 2021-05-28 | opublikowany = The University of Tokyo | język = en}}</ref>
* 2021: Rozpoczęcie masowej produkcji [[fotopowielacz]]y<ref>{{Cytuj książkę|nazwisko=Itow, on behalf of the Hyper-Kamiokande Collaboration|imię=Y.|tytuł=Proceedings of 37th International Cosmic Ray Conference — PoS(ICRC2021)|rozdział=Construction status and prospects of the Hyper-Kamiokande project|rok=2021|strony=1192|wydawca=Proceedings of Science|doi=10.22323/1.395.1192}}</ref>
* Luty 2022: Zakończenie budowy tunelu dostępowego<ref>{{Cytuj stronę | url = https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/detail/684 | tytuł = Hyper-Kamiokande experiment; Excavation of the gigantic underground cavern has finally begun | język = en }}</ref>
* Październik 2023: Ukończenie głównej części kopuły komory detektora HK<ref>{{Cytuj stronę|url=https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/detail/738|data=11 October 2023|tytuł=Kamioka Observatory website: Completion of the main cavern dome section of the Hyper-Kamiokande experiment}}</ref>
* 2027: Oczekiwany początek zbierania danych<ref name="hkapproved" />

== Zobacz też ==

* [[Super-Kamiokande]]
* [[T2K]]

== Uwagi ==

{{Uwagi}}

== Przypisy ==

{{Przypisy}}

== Bibliografia ==

* {{Cytuj pismo|nazwisko=Normile|imię=D|tytuł=Particle physics. Japanese neutrino physicists think really big|czasopismo=Science|wolumin=347|wydanie=6222|strony=598|rok=2015|doi=10.1126/science.347.6222.598|pmid=25657225}}

== Linki zewnętrzne ==

{{Commons|T2K}}
* [https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/hk/ Strona eksperymentu Hyper-Kamiokande]

{{Fizyka poza modelem standardowym}}

[[Kategoria:Fizyka cząstek elementarnych]]
[[Kategoria:Eksperymenty fizyczne]]
[[Kategoria:Neutrina]]
[[Kategoria:Nauka w Japonii]]
[[Kategoria:Obserwatoria neutrin]]
[[Kategoria:Strony z nieprzejrzanymi tłumaczeniami]]