Japánban 1996-ban kezdett el működni a Szuper-Kamiokande nevű hatalmas neutrínóobszervatórium, amelyben a nehezen megfigyelhető neutrínókat, azaz az "univerzum szellemeit" igyekeznek detektálni, hogy többet megtudjanak a megfoghatatlan részecskék természetéről. Annak ellenére, hogy a neutrínók létezését már 1930-ban megjósolták, a konkrét megfigyelésükre még sokáig nem került sor, hiszen a részecskék okkal érdemelték ki a "szellem" elnevezést:

mivel a neutrínóknak nincs elektromos töltése, nehezen és nagyon ritkán lépnek kölcsönhatásba a környezetükkel, bár valójában mindenhol megtalálhatóak.

Az első detektálásról szóló tanulmányt csak 1956-ban publikálták, miután Frederick Reines és Clyde Cowan először szerzett közvetlen bizonyítékot a létezésükről egy 1951-ben induló, nagyszabású kísérlet során. A Szuper-Kamiokande indulása idején már sok mindent felfedeztek a kutatók a különleges részecskékkel kapcsolatban, de egyes részletek még homályos voltak: a neutrínók oszcillációját például itt, a japán obszervatóriumban detektálták 1993-ban és 2011-ben a neutrínók harmadik típusát (ízét) is észlelték.

A Hyper-Kamiokande ennek a kísérletfolyamatnak a következő fázisa, amihez a Szuper-Kamiokandénál is nagyobb létesítményt építenek, hogy még több neutrínót tudjanak befogni a megfigyelésekhez. Míg a Szuper-Kamiokande negyvenkét méter magasságú és harminckilenc méter átmérőjű tartálya ötvenezer tonnányi desztillált vizet, valamint tizenegyezer-egyszáz fotoelektron-sokszorozót tartalmaz, addig a Hyper-Kamiokande tartályát rejtő verem a hengeres és a felette lévő dóm alakú résszel együtt 94 méter magas és 69 méter átmérőjű megakonstrukciónak készül. A leírás szerint a "világ legnagyobb mesterséges üregeként" definiált struktúra desztillált vízzel teli tankja 260 000 tonna kapacitású, ebből a detektáláshoz szükséges tömeg 190 000 tonna. A tartály falait 40 000 darab, egyenként 50 centiméteres fotoelektron-sokszorozóval borítják, amelyek ultraérzékeny szenzorként funkcionálnak és az egészen halovány Cserenkov-sugárzást is jelzik, ami a vízben fénysebességgel száguldó és összeütköző részecskék által kibocsátott fény formájában a neutrínók útját indikálja.

"A Hyper-Kamiokande detektora egyszerre 'mikroszkóp', amivel az elemi részecskék tanulmányozhatóak és 'teleszkóp' a Nap és szupernóvák megfigyelésére neutrínók használatával."

- szól az obszervatórium bemutatása.

A detektort a neutrínóvadászat mellett a protonbomlás bizonyítására is használják majd és a beérkező adatok a remények szerint sok újdonságot árulhatnak el a fizika rejtélyeiről a kutatók számára, akár a nagy egyesített elmélet által megjósolt jelenségekkel kapcsolatban is.

A Hyper-Kamiokande föld alatti alagútjait és egy geológiai felmérésre szánt hosszú lyukat 2020-ban kezdték el ásni Kamiokande városa mellett, ahol 600 méterrel a felszín alatt helyezkedik majd el a létesítmény. Először a bevezető alagutak készültek el, majd 2022 novemberében a leendő detektort tartalmazó fő üreget is elkezdték kialakítani. A dóm alakú felső szekció tavaly októberben nyerte el végső formáját, miközben az alatta lévő henger alakú mélyedés is lassan formálódik. A tartály otthonául szolgáló vermet a tervek szerint jövőre kezdik kibélelni és 2026-ban helyezik be a fotodetektorokat. Az építkezés befejezése után, 2027-ben veszi kezdetét a tudományos munka a mega-neutrínóobszervatóriumban.

"A Hyper-Kamiokande célja, hogy tisztázza az világmindenség evolúciójának történetét és a nagy egyesített elméletet a CP-sértés (a neutrínók és antineutrínók közti különbség) és protonbomlás vizsgálatán keresztül, együtt a szupernóva robbanásokból származó neutrínók megfigyelésével."

Az obszervatóriumban zajló vizsgálatok a minden eddiginél nagyobb fotoszenzorokkal jó esélyt biztosítanak arra, hogy a szellemrészecskékkel kapcsolatos kérdésekre választ kapjanak a kutatók és talán még a protonbomlás régóta kutatott jelenségére is sikerülhet bizonyítékot szerezni.
"Ha a több könnyű részecskére bomló protonokat sikerül megfigyelni, az azt jelenti, hogy minden anyagnak az univerzumban, beleértve az emberi lényeket is, véges az élettartama és lebomlanak a jövőben."

A Hyper-Kamiokandéban a tervek szerint tíz év alatt annyi adatot tudnak gyűjteni a vizsgált jelenségekről, mint amennyit a Szuper-Kamiokandéban száz évig tartana beszerezni.

(Fotó: Hyper-Kamiokande, ESA/Max Planck Cooperation)

Hyper-Kamiokande: a világ legnagyobb neutrínóobszervatóriuma épül fel Japánban Meddig él egy proton? Csak a teóriák világában létezik protonbomlás, vagy a valóságban is? És ha igen, van rá esély, hogy mi is megfigyelhessük? A fizika égető kérdéseit válaszolhatja meg a 2020-as években felépülő hatalmas megaobszervatórium.