Hyper-Kamiokande
હાયપર-કામિઓકાંડે (જેને હાયપર-કે અથવા એચ. કે. પણ કહેવાય છે) એક ન્યુટ્રિનો વેધશાળા અને નિર્માણાધીન પ્રયોગ છે, જે જાપાનમાં છ ખંડોના 21 દેશોની સંસ્થાઓના સહયોગથી (ઓગસ્ટ 2023 સુધીમાં) હાથ ધરવામાં આવે છે. સુપર-કામિઓકાંડે (એસકે) અને ટી2કે પ્રયોગોના અનુગામી તરીકે, તે પ્રોટોન ક્ષયની શોધ કરવા અને પૃથ્વી, વાતાવરણ, સૂર્ય અને બ્રહ્માંડ જેવા કુદરતી સ્રોતોમાંથી ન્યુટ્રિનોને શોધવા તેમજ માનવસર્જિત પ્રવેગક ન્યુટ્રિનો બીમના ન્યુટ્રિનો ઓસિલેશનનો અભ્યાસ કરવા માટે રચાયેલ છે. ડેટા લેવાની શરૂઆત 2027 માટે આયોજિત કરવામાં આવી છે. હાયપર-કામિઓકાંડે પ્રયોગ સુવિધા બે સ્થળોએ સ્થિત હશેઃ ન્યુટ્રિનો બીમનું ઉત્પાદન પ્રવેગક સંકુલ જે-પી. એ. આર. સી. માં કરવામાં આવશે અને જાપાનના પૂર્વ કિનારે ઇબારાકી પ્રાંતના ટોકાઈ ગામમાં સ્થિત નજીકના અને મધ્યવર્તી ડિટેક્ટર્સના સમૂહ દ્વારા અભ્યાસ કરવામાં આવશે. મુખ્ય ડિટેક્ટર, જેને હાયપર-કામિઓકાંડે (HK) પણ કહેવામાં આવે છે, તેનું નિર્માણ જાપાની આલ્પ્સમાં ગિફુ પ્રીફેકચરના હિડા શહેરમાં નિજુગો પર્વતની ટોચ નીચે કરવામાં આવી રહ્યું છે. એચ. કે. ડિટેક્ટરનો ઉપયોગ પ્રોટોન ક્ષય શોધ, કુદરતી સ્રોતોમાંથી ન્યુટ્રિનોના અભ્યાસ માટે કરવામાં આવશે અને તે પ્રથમ ઓસિલેશન મહત્તમને અનુરૂપ અંતર પર પ્રવેગક ન્યુટ્રિનો બીમના ઓસિલેશનના માપન માટે દૂરના ડિટેક્ટર તરીકે કામ કરશે. ભૌતિકશાસ્ત્ર પ્રવેગક અને વાતાવરણીય ન્યુટ્રિનો ઓસિલેશન ન્યુટ્રિનો ઓસિલેશન એ એક ક્વોન્ટમ યાંત્રિક ઘટના છે જેમાં ન્યુટ્રિનો તેમના સ્વાદમાં ફેરફાર કરે છે (ન્યુટ્રિનો સ્વાદ જણાવે છેઃ,,) જ્યારે ન્યુટ્રિનો સ્વાદની સ્થિતિ ન્યુટ્રિનો માસ સ્ટેટ્સ (ν1, ν2, ν3 માસ સ્ટેટ્સ સાથે અનુક્રમે m1, m2, m3) નું મિશ્રણ છે તે હકીકતને કારણે થાય છે. દોલનની સંભાવનાઓ છ સૈદ્ધાંતિક પરિમાણો પર આધાર રાખે છેઃ દળ અને સ્વાદની સ્થિતિઓ વચ્ચેના મિશ્રણને સંચાલિત કરતા ત્રણ મિશ્રણ ખૂણાઓ (θ12, θ23 અને θ13), બે દળ વર્ગ તફાવતો ( વિચારણા m212 અને વિચારણા m232, જ્યાં  મુંદ m2ij = m2i-m2j) અને ન્યુટ્રિનો દોલનમાં દ્રવ્ય-પદાર્થની અસમપ્રમાણતા માટે જવાબદાર δCP તબક્કો. T2K પ્રયોગ દ્વારા કરવામાં આવેલા સતત અભ્યાસો, HK ડિટેક્ટર J-PARC ખાતે ઉત્પાદિત બીમમાં ઇલેક્ટ્રોન અને મ્યુઓન ન્યુટ્રિનોના ઊર્જા વર્ણપટને લગભગ શુદ્ધ મ્યુઓન ન્યુટ્રિનો બીમ તરીકે માપશે અને તેની સરખામણી નજીકના અને મધ્યવર્તી ડિટેક્ટર્સ દ્વારા માપવામાં આવેલી બીમ રચના સાથે કરશે. T2K/HK ન્યુટ્રિનો બીમ મીન એનર્જી માટે, J-PARC-HK ડિટેક્ટર અંતર પ્રથમ ઓસિલેશન મહત્તમને અનુરૂપ છે. ન્યુટ્રિનો અને એન્ટીન્યુટ્રિનો બીમ માટે માપન અલગથી કરવામાં આવશે, જે P →, P →, P →, P → વિશે માહિતી પૂરી પાડશે, જ્યાં Pνα → Pνβ એ સંભાવના છે કે મૂળ સ્વાદ α ના ન્યુટ્રિનોને પછીથી સ્વાદ β તરીકે જોવામાં આવશે. ન્યુટ્રિનો અને એન્ટીન્યુટ્રિનોની દેખાવની સંભાવનાઓની સરખામણી (P → વિરુદ્ધ P →) δCP તબક્કાને માપવા માટે પરવાનગી આપે છે. δCP-π થી π (−180° થી 180°) સુધીની શ્રેણી ધરાવે છે, અને 0 અને ±π CP સમપ્રમાણતા સંરક્ષણને અનુરૂપ છે. 10 વર્ષનો ડેટા લીધા પછી, જો શક્ય δCP મૂલ્યોના 57 ટકા માટે ન્યુટ્રિનો ઓસિલેશનમાં CP સમપ્રમાણતાનું ઉલ્લંઘન કરવામાં આવે તો HK 5σ વિશ્વાસ સ્તર પર પુષ્ટિ કરે તેવી અપેક્ષા છે. સીપી ઉલ્લંઘન એ પ્રારંભિક બ્રહ્માંડમાં એન્ટિમેટર પર દ્રવ્યની વધારાની પેદા કરવા માટે જરૂરી શરતોમાંની એક છે, જે હવે આપણા દ્રવ્ય-નિર્મિત બ્રહ્માંડની રચના કરે છે. પ્રવેગક ન્યુટ્રિનોઝનો ઉપયોગ અન્ય ઓસિલેશન પરિમાણો, θ23 અને θ13 ની ચોકસાઇ વધારવા માટે તેમજ ન્યુટ્રિનો ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના અભ્યાસ માટે પણ કરવામાં આવશે. એમ232 પરિમાણનું અજ્ઞાત ચિહ્ન દ્રવ્યમાં ન્યુટ્રિનો પ્રસાર દરમિયાન જ પ્રગટ થાય છે. પૃથ્વીમાંથી પસાર થતા વાતાવરણીય ન્યુટ્રિનોના HK પ્રયોગ અભ્યાસ અને વિવિધ દિશાઓમાંથી HK ડિટેક્ટરમાં પ્રવેશ (પૃથ્વીના વ્યાસ સુધીની દ્રવ્યની આધારરેખા) નો ઉપયોગ તેને માપવા માટે કરવામાં આવશે. ન્યુટ્રિનો એસ્ટ્રોનોમી અને જીયોન્યુટ્રિનોસ સુપરનોવા વિસ્ફોટો મોટી માત્રામાં ન્યુટ્રિનો ઉત્પન્ન કરે છે. 10 કે. પી. સી. ના અંતરે આવેલા તારાવિશ્વ સુપરનોવા માટે એચ. કે. ડિટેક્ટરમાં થોડી દસ સેકન્ડ દરમિયાન લગભગ 50,000 થી 94000 ન્યુટ્રિનો ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અપેક્ષિત છે. 0. 2 કે. પી. સી. અંતર પર બીટલગ્યુઝ માટે, આ દર પ્રતિ સેકન્ડ 108 ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સુધી પહોંચી શકે છે અને ડિટેક્ટર ડીએક્યુ સિસ્ટમની રચના દરમિયાન આવી સંખ્યાબંધ ઘટનાઓને ધ્યાનમાં લેવામાં આવી હતી. એચ. કે. માં નોંધાયેલી ઘટનાઓની સંખ્યા અને તેમની સરેરાશ ઊર્જાની સમય રૂપરેખાઓ વિસ્ફોટના પરીક્ષણ નમૂનાઓને સક્ષમ બનાવશે. એચ. કે. ડિટેક્ટરમાં ન્યુટ્રિનો દિશાસૂચક માહિતી વિદ્યુતચુંબકીય સુપરનોવા નિરીક્ષણ માટે પ્રારંભિક ચેતવણી પ્રદાન કરી શકે છે, તેમજ અન્ય બહુ-સંદેશવાહક અવલોકનોમાં પણ તેનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. બ્રહ્માંડના સમગ્ર ઇતિહાસમાં સુપરનોવા વિસ્ફોટો દ્વારા સંચિત રીતે ઉત્પન્ન થયેલા ન્યુટ્રિનોને સુપરનોવા રેલિક ન્યુટ્રિનોસ (એસ. આર. એન.) અથવા ડિફ્યુઝ સુપરનોવા ન્યુટ્રિનો બેકગ્રાઉન્ડ (ડી. એસ. એન. બી.) કહેવામાં આવે છે અને તેઓ તારાની રચનાના ઇતિહાસ વિશે માહિતી ધરાવે છે. નીચા પ્રવાહને કારણે (થોડા દસ/સે. મી. 2/સેકન્ડ. ), તેઓ હજુ સુધી શોધાયા નથી. દસ વર્ષના ડેટા લેવા માટે, HK ઊર્જા શ્રેણી 16-30 MeV માટે લગભગ 40 SRN ઘટનાઓને શોધી કાઢે તેવી અપેક્ષા છે. સૂર્ય માટે, HK પ્રયોગના લક્ષ્યાંકો એટલે કે ન્યુટ્રિનો ફ્લક્સમાં દિવસ-રાતની અસમપ્રમાણતા માટે શોધ કરો-દ્રવ્યમાં મુસાફરી કરેલા વિવિધ અંતરના પરિણામે (રાત્રે ન્યુટ્રિનો ડિટેક્ટરમાં પ્રવેશતા પહેલા પૃથ્વીને પાર કરે છે) અને આમ દ્રવ્યની અસરને કારણે થતી વિવિધ ઓસિલેશન સંભાવનાઓ. 2 અને 7 MeV-એટલે કે ન્યુટ્રિનો ઊર્જા માટે અસ્તિત્વ ટકાવી રાખવાની સંભાવનાનું માપન. અનુક્રમે શૂન્યાવકાશમાં ઓસિલેશન અને દ્રવ્યમાં ઓસિલેશન દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવતા પ્રદેશો વચ્ચે-જે જંતુરહિત ન્યુટ્રિનો અથવા બિન-માનક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ જેવા નવા ભૌતિકશાસ્ત્રના નમૂનાઓ પ્રત્યે સંવેદનશીલ છે. હેપ ચેનલમાંથી ન્યુટ્રિનોનું પ્રથમ નિરીક્ષણઃ સ્ટાન્ડર્ડ સોલર મોડલ દ્વારા આગાહી. ન્યુટ્રિનો પ્રવાહની સૌર પ્રવૃત્તિ સાથે સરખામણી (દા. ત. 11 વર્ષનું સૌર ચક્ર). જિયોનિઉટ્રિનો પૃથ્વીની અંદર રેડિયોન્યુક્લાઇડના ક્ષયમાં ઉત્પન્ન થાય છે. હાયપર-કામિઓકાંડે જીયોન્યુટ્રિનો અભ્યાસો પૃથ્વીની મુખ્ય રાસાયણિક રચનાનું મૂલ્યાંકન કરવામાં મદદ કરશે, જે જીયોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રની પેઢી સાથે જોડાયેલ છે. મુક્ત પ્રોટોનનો હળવા ઉપપરમાણ્વિક કણોમાં ક્ષય ક્યારેય જોવા મળ્યો નથી, પરંતુ તેની આગાહી કેટલાક ભવ્ય એકીકૃત સિદ્ધાંતો (જી. યુ. ટી.) દ્વારા કરવામાં આવી છે અને બ્રહ્માંડમાં એન્ટિમેટર પર દ્રવ્યના વર્ચસ્વને સમજાવવા માટે સૌપ્રથમ દરખાસ્ત કરવામાં આવી હતી. HK દ્વારા અભ્યાસ કરાયેલી મુખ્ય ચેનલો → + અને → + છે, જે ઘણા GUT મોડેલો દ્વારા પસંદ કરવામાં આવે છે. ડેટા લેવાના દસ વર્ષ પછી, HK તેની સૌથી સંવેદનશીલ સડો ચેનલ (→ +) માટે પ્રોટોન સરેરાશ જીવનકાળની નીચલી મર્યાદા 1.6x1034 થી વધારીને 6.3x1034 અને અન્ય સડો ચેનલ (→ +) માટે 0.7x1034 થી વધારીને 2.0x1034 કરે તેવી અપેક્ષા છે. ડાર્ક મેટર એ તારાવિશ્વોમાં વધારાના અદ્રશ્ય સમૂહના અસ્તિત્વને સૂચવતા અસંખ્ય ખગોળશાસ્ત્રીય અવલોકનોને સમજાવવા માટે પ્રસ્તાવિત દ્રવ્યનું એક કાલ્પનિક, બિન-તેજસ્વી સ્વરૂપ છે. જો શ્યામ દ્રવ્યના કણો નબળી રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તો તેઓ વિનાશ અથવા ક્ષય દ્વારા ન્યુટ્રિનો ઉત્પન્ન કરી શકે છે. તે ન્યુટ્રિનો એચ. કે. ડિટેક્ટરમાં સમસ્થાનિક વાતાવરણીય ન્યુટ્રિનો પૃષ્ઠભૂમિ પર તારાવિશ્વ કેન્દ્ર, સૂર્ય અથવા પૃથ્વી જેવી વિશાળ ગુરુત્વાકર્ષણીય ક્ષમતાઓની દિશાથી ન્યુટ્રિનોની અધિકતા તરીકે દેખાઈ શકે છે. પ્રયોગ વર્ણન હાયપર-કામિઓકાંડે પ્રયોગમાં પ્રવેગક ન્યુટ્રિનો બીમ, નજીકના ડિટેક્ટર્સનો સમૂહ, મધ્યવર્તી ડિટેક્ટર અને ફાર ડિટેક્ટર (જેને હાયપર-કામિઓકાંડે પણ કહેવાય છે) નો સમાવેશ થાય છે. ફાર ડિટેક્ટરનો ઉપયોગ પ્રોટોન ક્ષય શોધ અને કુદરતી સ્રોતોમાંથી ન્યુટ્રિનોના અભ્યાસ માટે કરવામાં આવશે. જ્યારે ઉપરોક્ત તમામ તત્વો પ્રવેગક ન્યુટ્રિનો ઓસિલેશન અભ્યાસ માટે કામ કરશે. HK પ્રયોગ શરૂ કરતા પહેલા, T2K પ્રયોગ ડેટા લેવાનું સમાપ્ત કરશે અને HK તેની ન્યુટ્રિનો બીમલાઇન અને નજીકના ડિટેક્ટર્સનો સમૂહ સંભાળશે, જ્યારે મધ્યવર્તી અને દૂરના ડિટેક્ટર્સને નવેસરથી બાંધવા પડશે. ડિટેક્ટર્સ ઇન્ટરમીડિયેટ ડિટેક્ટરની નજીક ન્યુટ્રિનો બીમલાઇન ઇન્ટરમીડિયેટ વોટર ચેરેન્કોવ ડિટેક્ટર (IWCD) ન્યુટ્રિનો ઉત્પાદન સ્થળથી 5 કિમીના અંતરે સ્થિત હશે. તે વ્યાસ અને ઊંચાઈના પાણીથી ભરેલું નળાકાર હશે, જેમાં વ્યાસની લગભગ 3000 ફોટોમલ્ટીપ્લાયર ટ્યુબ સાથે ઊંચા માળખા હશે. આ માળખું ક્રેન પ્રણાલી દ્વારા ઊભી દિશામાં ખસેડવામાં આવશે, જે વિવિધ બંધ-અક્ષ ખૂણાઓ પર ન્યુટ્રિનો ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું માપન પ્રદાન કરશે, જે તળિયે 1 ° થી ટોચ પર 4 ° સુધી ફેલાયેલું છે, અને આમ વિવિધ ઊર્જા સ્પેક્ટ્રા માટે. ન્યુટ્રિનો ઊર્જાનું પુનઃનિર્માણ કરવા માટે ન્યુટ્રિનો ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના સૈદ્ધાંતિક નમૂનાઓ પર આધાર રાખ્યા વિના લગભગ મોનોક્રોમેટિક ન્યુટ્રિનો સ્પેક્ટ્રમ માટે પરિણામોને અલગ પાડવું શક્ય છે. લગભગ સમાન કોણીય અને વેગ સ્વીકૃતિ સાથે દૂરના ડિટેક્ટર જેવા જ પ્રકારના ડિટેક્ટરનો ઉપયોગ ડિટેક્ટર પ્રતિસાદ સિમ્યુલેશન પર આધાર રાખ્યા વિના આ બે ડિટેક્ટરના પરિણામોની સરખામણી કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ બે હકીકતો, ન્યુટ્રિનો ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને ડિટેક્ટર રિસ્પોન્સ મોડેલ્સથી સ્વતંત્રતા, ઓસિલેશન વિશ્લેષણમાં વ્યવસ્થિત ભૂલને ઘટાડવામાં સક્ષમ બનાવશે. ડિટેક્ટરની આવી રચનાના વધારાના ફાયદાઓ એ છે કે વિવિધ બંધ-અક્ષ ખૂણાઓ માટે જંતુરહિત ઓસિલેશન પેટર્ન શોધવાની અને ઇલેક્ટ્રોન ન્યુટ્રિનો ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો સ્વચ્છ નમૂનો મેળવવાની સંભાવના છે, જેનો અપૂર્ણાંક મોટા બંધ-અક્ષ ખૂણા માટે મોટો છે. હાયપર-કામિઓકાંડે ફાર ડિટેક્ટર હાયપર-કામિઓકાંડે ડિટેક્ટર તોચિબોરા ખાણમાં સુપર-કામિઓકાંડે (એસ. કે.) ડિટેક્ટરથી દક્ષિણમાં, નિજુગો પર્વતની ટોચ નીચે, ન્યુટ્રિનો બીમ સેન્ટરના સમાન બંધ-અક્ષ ખૂણા (2.5°) પર અને બીમ ઉત્પાદન સ્થળથી એસ. કે. જેટલા જ અંતરે સ્થિત હશે. એચ. કે. વોટર ચેરેન્કોવ ડિટેક્ટર હશે, જે એસ. કે. ડિટેક્ટર કરતાં 5 ગણું મોટું (258 ટન પાણી) હશે. તે વ્યાસ અને ઊંચાઈની નળાકાર ટાંકી હશે. ટાંકીના જથ્થાને 60 સે. મી. પહોળા નિષ્ક્રિય નળાકાર માળખા દ્વારા આંતરિક ડિટેક્ટર (આઇ. ડી.) અને બાહ્ય ડિટેક્ટર (ઓ. ડી.) માં વિભાજિત કરવામાં આવશે, જેમાં તેની બાહ્ય ધાર ઊભીથી 1 મીટર અને આડી ટાંકીની દિવાલોથી 2 મીટર દૂર સ્થિત છે. આ માળખું આઇડીને ઓ. ડી. થી ઓપ્ટિકલી અલગ કરશે અને ફોટો મલ્ટિપ્લાયર ટ્યુબ્સ (પી. એમ. ટી.) ને આઇ. ડી. ની અંદર અને બહાર બંને તરફ ઓ. ડી. તરફ જોશે. આઈડી માટે, હમામાત્સુ ફોટોનિક્સ દ્વારા આર12860 પ્રકારની 40,000 વ્યાસની ફોટો મલ્ટિપ્લાયર ટ્યુબ્સ (પીએમટી) અને આશરે 1000 મલ્ટી-પીએમટી મોડ્યુલો (એમ. પી. એમ. ટી.) હશે. દરેક એમ. પી. એમ. ટી. મોડ્યુલમાં 3 ઇંચ વ્યાસની ઓગણીસ ફોટોમલ્ટીપ્લાયર ટ્યુબ્સ હોય છે, જે વોટરપ્રૂફ વાસણમાં આવરિત હોય છે. ઓડી 8000 પીએમટી સુધીનું સાધન હશે અને ડિટેક્ટરની બહારથી પ્રવેશતા કણો (મુખ્યત્વે કોસ્મિક-રે મ્યુઓન્સ) ની અંદર થતી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને અલગ પાડવા માટે વીટો તરીકે કામ કરશે. એચ. કે. ડિટેક્ટરનું બાંધકામ 2020માં શરૂ થયું હતું અને 2027માં ડેટા સંગ્રહની શરૂઆત થવાની અપેક્ષા છે. જે-પી. એ. આર. સી. થી 1100 કિમી દૂર કોરિયામાં બીજી, સમાન જળ-ચેરેંકોવ ટાંકીનું નિર્માણ કરવાનું પણ માનવામાં આવે છે, જે પ્રથમ ટાંકીના 6 વર્ષ પછી કાર્યરત થશે. ઇતિહાસ અને સમયપત્રક સપ્ટેમ્બર 1999:2000માં રજૂ કરાયેલા પ્રથમ વિચારોઃ સપ્ટેમ્બર 2011માં પ્રથમ વખત ઉપયોગમાં લેવાતા નામ "હાયપર-કામિઓકાંડે": એલ. ઓ. આઈ. જાન્યુઆરી 2015 રજૂ કરવુંઃ બે યજમાન સંસ્થાઓઃ આઇ. સી. આર. અને કે. ઈ. કે. દ્વારા હસ્તાક્ષરિત હાયપર-કામિઓકાંડે પ્રોજેક્ટમાં સહકાર માટે સમજૂતી કરાર. હાયપર-કામિઓકાંડે પ્રોટો-સહયોગની રચના મે 2018: હાયપર-કામિઓકાંડે ડિઝાઇન રિપોર્ટ સપ્ટેમ્બર 2018:2019 ફેબ્રુઆરી 2020માં એમઇએક્સટી પાસેથી સીડ ફંડિંગ ફાળવવામાં આવ્યુંઃ પ્રોજેક્ટને જાપાનીઝ ડાયેટ દ્વારા સત્તાવાર રીતે મંજૂરી આપવામાં આવી મે 2021: એક્સેસ ટનલ ખોદકામની શરૂઆત 2021: ફોટોમલ્ટીપ્લાયર ટ્યુબના મોટા પાયે ઉત્પાદનની શરૂઆત ફેબ્રુઆરી 2022: એક્સેસ ટનલનું નિર્માણ પૂર્ણ થયું ઓક્ટોબર 2023: મુખ્ય કેવર્ન ડોમ સેક્શન 2027 પૂર્ણ થયુંઃ ડેટા લેવાની અપેક્ષિત શરૂઆત-નોટ્સ ગ્રંથસૂચિ બાહ્ય લિંક્સ જાપાનમાં હાયપર-કામિઓકાંડે વેબસાઇટ ન્યુટ્રિનો વેધશાળાઓ એસ્ટ્રોનોમિકલ વેધશાળાઓ