T2K experiment
T2K ("ٹوکائی سے کامیوکا") ایک ذرہ طبیعیات کا تجربہ ہے جو ایکسلریٹر نیوٹرینو کے ارتعاش کا مطالعہ کرتا ہے۔ یہ تجربہ جاپان میں یورپ، ایشیا اور شمالی امریکہ کے کئی ممالک کے 60 سے زیادہ تحقیقی اداروں کے ساتھ تقریبا 500 طبیعیات دانوں اور انجینئروں کے بین الاقوامی تعاون سے کیا جاتا ہے اور یہ ایک تسلیم شدہ سی ای آر این تجربہ (آر ای 13) ہے۔ ٹی ٹو کے نے 2010 سے 2021 تک اپنے آپریشن کے پہلے مرحلے کے اندر ڈیٹا اکٹھا کیا۔ ڈیٹا لینے کا دوسرا مرحلہ (T2K-II) 2023 میں شروع ہونے اور 2027 میں T2K-ہائپر-کامیوکانڈے تجربے کے جانشین کے آغاز تک جاری رہنے کی توقع ہے۔ T2K پہلا تجربہ تھا جس نے میوون نیوٹرینو بیم میں الیکٹران نیوٹرینو کی ظاہری شکل کا مشاہدہ کیا۔ اس نے ارتعاش پیرامیٹر θ23 کی دنیا کی بہترین پیمائش اور نیوٹرینو ارتعاش میں ایک اہم مادے-اینٹی میٹر کی عدم توازن کا اشارہ بھی فراہم کیا۔ نیوٹرینو-اینٹائنیوٹرینو ارتعاش کی عدم توازن کی پیمائش ہمیں مادے کے زیر تسلط کائنات کے وجود کی وضاحت کے قریب لا سکتی ہے۔ میوون نیوٹرینو کی شدید بیم جاپان کے مشرقی ساحل پر ٹوکائی میں جے-پی اے آر سی سہولت (جاپان پروٹون ایکسلریٹر ریسرچ کمپلیکس) میں تیار کی جاتی ہے۔ بیم کو سپر کامیوکانڈے فار ڈیٹیکٹر کی طرف ہدایت کی جاتی ہے جو گیفو پریفیکچر کے شہر ہیڈا میں واقع ہے۔ نیوٹرینو فلکس کی خصوصیات اور ساخت کی پیمائش پہلے جے-پی اے آر سی سائٹ پر بیم پروڈکشن پلیس سے واقع قریب ڈٹیکٹرز کے نظام کے ذریعے کی جاتی ہے، اور پھر سپر-کامیوکانڈے ڈٹیکٹر میں۔ ان دونوں مقامات پر مختلف نیوٹرینو ذائقوں کے مواد کا موازنہ قریب اور دور کے ڈٹیکٹرز کے درمیان راستے میں ارتعاش کے امکان کی پیمائش کی اجازت دیتا ہے۔ سپر کامیوکانڈے میوون اور الیکٹران نیوٹرینو دونوں کے تعاملات کا پتہ لگانے کے قابل ہے، اور اس طرح بیم میں میوون نیوٹرینو فلکس کے غائب ہونے کے ساتھ ساتھ الیکٹران نیوٹرینو کی ظاہری شکل کی پیمائش کرتا ہے۔ طبیعیات کا پروگرام T2K تجربہ 2003 میں مندرجہ ذیل پیمائش کے اہداف کے ساتھ تجویز کیا گیا تھا: → ارتعاش کی دریافت، اور اس طرح اس بات کی تصدیق کہ آخری نامعلوم اختلاط زاویہ θ13 صفر نہیں ہے۔ میوون نیوٹرینو کے غائب ہونے کے مطالعے کے ذریعے ارتعاش کے پیرامیٹرز δm اور θ23 کی درست پیمائش۔ جراثیم سے پاک نیوٹرینو ارتعاش کی تلاش کریں، جسے غیر جانبدار موجودہ نیوٹرینو تعاملات کی کمی کے طور پر دیکھا جا سکتا ہے۔ چند جی ای وی کی توانائی کی حد میں مختلف قسم کے نیوٹرینو اور اہداف کے لیے مختلف تعامل کراس سیکشن کی پیمائش۔ 2010 میں ڈیٹا لینے کے آغاز کے بعد سے، T2K تجربہ عالمی معیار کے نتائج کی ایک فہرست فراہم کرنے میں کامیاب رہا: میوون نیوٹرینو بیم میں الیکٹران نیوٹرینو کی ظاہری شکل کی تصدیق، جو پہلی بار تھا جب ایک ذائقہ میں پیدا ہونے والے نیوٹرینو کو واضح طور پر دوسرے ذائقہ میں دیکھا گیا تھا۔ θ23 پیرامیٹر کی سب سے درست پیمائش۔ قریب کے این ڈی 280 اور دور کے سپر کامیوکانڈے ڈٹیکٹرز میں مطالعات کی بنیاد پر ایک جراثیم سے پاک نیوٹرینو ارتعاش کے پیرامیٹرز پر حدود۔ الیکٹران اور میوون نیوٹرینو اور اینٹی نیوٹرینو کی مختلف کراس سیکشن پیمائش، بشمول جامع چارج شدہ کرنٹ (سی سی) تعاملات، پیاون کے بغیر اور حتمی حالت میں واحد پیاون کے ساتھ سی سی تعاملات، مربوط پیاون کی پیداوار، غیر جانبدار کرنٹ تعاملات وغیرہ۔ کاربن، پانی اور لوہے جیسے مختلف اہداف پر۔ δCP پیرامیٹر پر پہلی اہم رکاوٹ، جو نیوٹرینو ارتعاش میں مادے-اینٹی میٹر کی عدم توازن کے لیے ذمہ دار ہے۔ δCP-π سے π تک اقدار لیتا ہے (یعنی۔ −180° سے 180° تک) اور نیوٹرینو کے ارتعاش کا موازنہ اینٹی نیوٹرینو کے ارتعاش سے کر کے ماپا جا سکتا ہے۔ سی پی سمیٹری کو محفوظ رکھا جائے گا، اور اس طرح نیوٹرینو اور اینٹی نیوٹرینو کے لیے ارتعاش کے امکانات یکساں ہوں گے، δCP کے لیے جو 0 یا ±π کے برابر ہے۔ T2K نے δCP پر پہلی اور اب تک کی سب سے مضبوط رکاوٹ فراہم کی، 3σ (99.7%) اہمیت کی سطح کو ممکنہ اقدار کے تقریبا نصف پر مسترد کرتے ہوئے، دونوں CP تحفظ پوائنٹس کو 95 ٪ کی اہمیت کی سطح پر مسترد کر دیا اور ایک مضبوط اشارہ دیا کہ نیوٹرینو سیکٹر میں CP کی خلاف ورزی بڑی ہو سکتی ہے۔ سی پی کی خلاف ورزی روسی طبیعیات دان آندرے سخاروف کی طرف سے تجویز کردہ شرائط میں سے ایک ہے، جو ابتدائی کائنات میں اینٹی میٹر کے حوالے سے مادے کی زیادتی پیدا کرنے کے لیے ضروری ہے، جو اب ہماری مادے سے بنی کائنات کی تشکیل کرتی ہے۔ کوارک سیکشن میں سی پی کی خلاف ورزی کی تصدیق پہلے ہی 1964 میں ہو چکی تھی، لیکن مشاہدہ شدہ مادے-مادے کے عدم توازن کی وضاحت کرنا بہت کم ہے۔ نیوٹرینو سیکٹر میں سی پی کی مضبوط خلاف ورزی لیپٹوجینیسیس نامی عمل کے ذریعے مادے کی اضافی پیداوار کا باعث بن سکتی ہے اور اس طرح اس طرح کی پیمائش یہ سمجھنے کے لیے اہم قدم ہوگا کہ کائنات کی تشکیل کیسے ہوئی۔ این او وی اے تجربہ دوسرا نیوٹرینو ارتعاش تجربہ ہے جو δCP کی پیمائش کرنے کے قابل ہے۔ این او وی اے ریاستہائے متحدہ میں منعقد کیا جاتا ہے اور دریائے ایش، مینیسوٹا میں فرمیلاب میں بیم پروڈکشن پلیس اور فار ڈیٹیکٹر کے درمیان راستے میں 810 کلومیٹر کے فاصلے پر ایکسلریٹر نیوٹرینو ارتعاش کی پیمائش کرتا ہے۔ NOvA نے δCP کی کم عین مطابق پیمائش فراہم کی، جو T2K کے نتیجے کے ساتھ معمولی تناؤ میں ہے۔ T2K بہترین فٹ پوائنٹ 90 ٪ کی اعتماد کی سطح پر NOvA کے ناپسندیدہ خطے میں واقع ہے۔ دونوں تجربات سے اعداد و شمار کے لیے مشترکہ فٹ حاصل کرنے کے لیے کام جاری ہیں تاکہ ان کے درمیان مستقل مزاجی کی مقدار طے کی جا سکے۔ توقع کی جاتی ہے کہ T2K کے مستقبل کے اپ گریڈ سے δm اور θ23 پیرامیٹرز، کراس سیکشن پیمائشوں کی زیادہ درست پیمائش فراہم ہوگی جو نیوٹرینو کے تعاملات کے بارے میں ہماری سمجھ کو بڑھائے گی اور اس طرح نیوٹرینو جنریٹرز میں استعمال ہونے والے نظریاتی ماڈلز کو بہتر بنائے گی، نیز δCP مرحلے پر مزید رکاوٹ اور تصدیق اگر CP سمیٹری کو محفوظ کیا جاتا ہے یا نیوٹرینو ارتعاش میں خلاف ورزی کی جاتی ہے تو T2K-II میں 3σ اہمیت کی سطح پر اور ہائپر کامیوکانڈے تجربے میں 5σ۔ نیوٹرینو بیم T2K جے-PARC سہولت میں تیار کردہ میوون نیوٹرینو یا میوون اینٹی نیوٹرینو بیم کا استعمال کرتا ہے جس میں پروٹون بیم کا استعمال کرتے ہوئے تین ایکسلریٹرز کے نظام کے ذریعے بتدریج 30 جی ای وی تک تیز کیا جاتا ہے: پہلے لینک لکیری ایکسلریٹر کے ذریعے 400 ایم ای وی توانائی، پھر آر سی ایس (ریپڈ سائیکل سنکروٹران) کے ذریعے 3 جی ای وی تک، اور آخر میں ایم آر سنکروٹران (مین رنگ) کے ذریعے 30 جی ای وی تک۔ پروٹون گریفائٹ کے ہدف سے ٹکراتے ہیں، جس سے میسون پیدا ہوتے ہیں، بنیادی طور پر پیاون اور کاون، جو پھر تین مقناطیسی سینگوں کے ایک سیٹ سے مرکوز ہوتے ہیں اور ایک سرنگ میں جاتے ہیں جسے ڈیک حجم کہا جاتا ہے۔ سینگوں کی قطعیت پر منحصر ہے، مثبت یا منفی ذرات مرکوز ہوتے ہیں۔ مثبت پیاون اور کاون بنیادی طور پر اور میں گرنے لگتے ہیں، جس سے میوون نیوٹرینو بیم بنتا ہے، جبکہ منفی پیاون اور کاون بنیادی طور پر اور میں گرنے لگتے ہیں، جس سے میوون اینٹی نیوٹرینو بیم بنتا ہے۔ تمام بقیہ ہیڈرون اور چارج شدہ لیپٹن کو گریفائٹ کے 75 ٹن کے بلاک (نام نہاد بیم ڈمپ) اور زمین میں روک دیا جاتا ہے، جبکہ نیوٹرینو زیر زمین دور ڈٹیکٹر کی طرف سفر کرتے ہیں۔ آف ایکسس بیم T2K پہلا تجربہ ہے جس میں آف ایکسس نیوٹرینو بیم کے تصور کا ادراک ہوا۔ جے-پی اے آر سی میں نیوٹرینو بیم کو اس طرح ڈیزائن کیا گیا ہے کہ اسے سپر کامیوکانڈے فار ڈیٹیکٹر اور قریب کے ڈٹیکٹرز میں سے ایک، این ڈی 280 سے 2 سے 3 ڈگری دور کیا جا سکے۔ بیم کے محور سے انحراف کے ساتھ نیوٹرینو کی اوسط توانائی کم ہوتی جاتی ہے۔ دور ڈٹیکٹر کے مطابق فاصلے پر ارتعاش کے امکان کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے آف محور زاویہ کو 2.5 ڈگری پر منتخب کیا گیا تھا، جو کہ تقریبا 600 می وی نیوٹرینو کے لیے زیادہ سے زیادہ ہے۔ اس نیوٹرینو توانائی کی حد میں، نیوٹرینو تعاملات کی غالب قسم موجودہ قوسیلاسٹک تعاملات کو چارج کرتی ہے، جس کے لیے تعاملی نیوٹرینو کی توانائی کو صرف پیدا شدہ چارج شدہ لیپٹن کی رفتار اور سمت کی بنیاد پر دوبارہ تشکیل دینا ممکن ہے۔ اعلی نیوٹرینو توانائیاں آف محور ترتیب کے ذریعے دبا دی جاتی ہیں، جس سے میسن کی پیداوار کے ساتھ تعاملات کی تعداد کم ہوتی ہے، جو T2K تجربے میں ارتعاش کے تجزیے میں پس منظر ہیں۔ قریب کا پتہ لگانے والا کمپلیکس قریب کا پتہ لگانے والا کمپلیکس گریفائٹ کے ہدف سے 100 کلومیٹر کے فاصلے پر واقع ہے۔ اس کا مقصد ارتعاش سے پہلے نیوٹرینو بہاؤ کی پیمائش کرنا اور نیوٹرینو تعاملات کا مطالعہ کرنا ہے۔ یہ نظام تین اہم ڈٹیکٹرز پر مشتمل ہے: INGRID ڈٹیکٹر (انٹرایکٹو نیوٹرینو GRID) جو نیوٹرینو بیم کے محور پر واقع ہے، ND280 ڈٹیکٹر جو بیم کے محور سے 2.5 ڈگری دور واقع ہے، یعنی۔ دور ڈٹیکٹر کے طور پر ایک ہی زاویہ پر. واگاسی-بیبی مائنڈ (واٹر گرڈ ایس سی انٹیلیٹر ڈیٹیکٹر-پروٹو ٹائپ میگنیٹائزڈ آئرن نیوٹرینو ڈیٹیکٹر) ایک مقناطیسی نیوٹرینو ڈیٹیکٹر ہے جو 1.5 ڈگری آف محور زاویہ پر واقع ہے، جو اعلی اوسط نیوٹرینو توانائی پر آف محور زاویہ اور کراس سیکشن کے ساتھ توانائی سپیکٹرم کے تغیر کو تلاش کرنے کے لیے بنایا گیا ہے۔ این ڈی 280 میں ٹائم پروجیکشن چیمبرز کے علاوہ، قریب کے ڈٹیکٹرز کا پورا فعال مواد (پارٹیکل ٹریکنگ کو فعال کرنے والا) پلاسٹک سنٹیلیٹر ہے۔ پلاسٹک کے سنٹیلیٹر سلاخوں اور طیاروں میں چارج شدہ ذرات کو عبور کرنے سے پیدا ہونے والی روشنی طول موج کو منتقل کرنے والے ریشوں کے ذریعے جمع کی جاتی ہے اور ریشوں کے ایک یا دونوں سروں پر واقع ہماماتسو ملٹی پکسل فوٹون کاؤنٹرز کے ذریعے اس کا پتہ لگایا جاتا ہے۔ سنٹیلیٹر سلاخوں کو تہوں میں منظم کیا جاتا ہے، جہاں دو پڑوسی تہوں میں سلاخیں ایک دوسرے کے لیے عمودی ہوتی ہیں جو گزرتے ہوئے ذرات کے بارے میں 3D معلومات فراہم کرتی ہیں۔ INGRID ڈٹیکٹر کا بنیادی مقصد نیوٹرینو تعاملات کا براہ راست پتہ لگا کر روزانہ کی بنیاد پر بیم کی سمت اور شدت کی نگرانی کرنا ہے۔ INGRID ڈٹیکٹر 16 ایک جیسے ماڈیولز پر مشتمل ہوتا ہے جو کراس کی شکل میں ترتیب دیے جاتے ہیں، 7 عمودی اور 7 افقی بازو میں، نیز کراس کے باہر 2 ماڈیولز ہوتے ہیں۔ بازوؤں کی اونچائی اور چوڑائی ہے۔ ایک واحد ماڈیول لوہے کی باری باری تہوں اور ایک پلاسٹک سنٹیلیٹر پر مشتمل ہوتا ہے۔ سنٹیلیٹر کی اضافی 4 ویٹو پرتیں ماڈیول کو اطراف سے گھیر لیتی ہیں تاکہ ماڈیول کے اندر تعاملات کے ذریعے پیدا ہونے والے ذرات سے باہر سے داخل ہونے والے ذرات میں فرق کیا جا سکے۔ ایک ماڈیول میں لوہے کی کل کمیت 7.1 ٹن ہے اور یہ ماڈیول کے وزن کا 96 فیصد ہے۔ نیوٹرینو بیم محور پر، عمودی اور افقی بازو کے درمیان کراس کے وسط میں، ایک اضافی ماڈیول ہے جو صرف پلاسٹک سنٹیلیٹر (پروٹون ماڈیول) کی تہوں سے بنایا گیا ہے جس کی کمیت 0.05 ٹن ہے۔ اس کا مقصد کواسیلاسٹک تعاملات کو رجسٹر کرنا اور حاصل کردہ نتائج کا موازنہ تخروپن کے ساتھ کرنا ہے۔ این ڈی 280 ڈٹیکٹر این ڈی 280 ڈٹیکٹر کا استعمال فلکس، انرجی سپیکٹرم اور الیکٹران نیوٹرینو بیم کی آلودگی کی پیمائش کے لیے اسی آف محور زاویے کے لیے کیا جاتا ہے جیسا کہ فار ڈٹیکٹر کے لیے ہوتا ہے۔ این ڈی 280 مختلف قسم کے میوون اور الیکٹران نیوٹرینو اور اینٹی نیوٹرینو تعاملات کی بھی تحقیقات کرتا ہے۔ یہ سب فار ڈٹیکٹر میں متوقع تعداد اور تعاملات کی قسم کا اندازہ لگانے کی اجازت دیتا ہے، جس سے نیوٹرینو تعاملات اور بہاؤ کے نمونوں سے وابستہ نیوٹرینو ارتعاش کے تجزیے میں منظم غلطی کو کم کیا جا سکتا ہے۔ این ڈی 280 اندرونی ذیلی ڈٹیکٹرز کے سیٹ پر مشتمل ہے: پی-زیرو ڈٹیکٹر اور 2 فائن گرینڈ ڈٹیکٹرز کے ساتھ ایک ٹریکر 3 ٹائم پروجیکشن چیمبرز کے ساتھ جڑا ہوا ہے، جو ایک دھاتی فریم کے اندر رکھا گیا ہے جسے ٹوکری کہا جاتا ہے۔ ٹوکری برقی مقناطیسی کیلوری میٹر سے گھرا ہوا ہے اور یو اے 1 تجربے سے ایک مقناطیسی ری سائیکل کیا گیا ہے جس سے 0.2 ٹی یکساں افقی مقناطیسی میدان پیدا ہوتا ہے اور سائڈ میوون رینج ڈیٹیکٹر کی تشکیل کرنے والے سنٹیلیٹر طیاروں کے ساتھ آلہ بنایا جاتا ہے۔ پی-زیرو ڈٹیکٹر پی-زیرو () ڈٹیکٹر (پی 0 ڈی) میں 40 پلاسٹک کے سنٹیلیٹر ماڈیول طیارے ہوتے ہیں، جو مرکزی حصے میں پانی اور موٹی پیتل کی چادروں سے بھرے 2.8 سینٹی میٹر موٹے تھیلوں کے ساتھ آپس میں جڑے ہوتے ہیں، اور دو پردیی علاقوں میں سنٹیلیٹر ماڈیولز کو لیڈ شیٹس سے سینڈوچ کیا جاتا ہے۔ تھیلوں میں پانی کے ساتھ اور اس کے بغیر طریقوں کے درمیان تعامل کی مقدار کے مقابلے میں، پانی پر ہونے والے نیوٹرینو تعاملات کی تعداد کو نکالنا ممکن ہے-فار ڈیٹیکٹر سپر کامیوکانڈے کے اندر ہدف مواد۔ پورے فعال P0D حجم کا سائز تقریبا 2.1 میٹر × 2.2 میٹر × 2.4 میٹر (X × Y × Z) ہے اور پانی کے ساتھ اور اس کے بغیر اس کی کمیت بالترتیب 15.8 اور 12.9 ٹن ہے۔ پائی زیرو ڈٹیکٹر کا بنیادی مقصد پانی پر غیر جانبدار کرنٹ نیوٹرینو تعاملات میں غیر جانبدار پیاون کی پیداوار کی پیمائش ہے: + N → + N '+ یہ رد عمل الیکٹران نیوٹرینو تعاملات کی نقل کر سکتا ہے کیونکہ سڑنے سے پیدا ہونے والے فوٹونوں کو سپر کامیوکانڈے ڈٹیکٹر میں الیکٹران کے طور پر غلط طریقے سے تعمیر کیا جا سکتا ہے، اس طرح یہ رد عمل الیکٹران نیوٹرینو تعاملات کی نقل کر سکتا ہے اور الیکٹران نیوٹرینو ظاہری شکل کی پیمائش میں ایک اہم پس منظر تشکیل دے سکتا ہے۔ ٹائم پروجیکشن چیمبرز تھری ٹائم پروجیکشن چیمبرز (ٹی پی سیز) گیس تنگ آئتاکار خانے ہوتے ہیں، جن کے وسط میں کیتھوڈ طیارہ ہوتا ہے اور دونوں طرف کیتھوڈ کے متوازی مائیکرو میگاس ماڈیولز ہوتے ہیں۔ ٹی پی سی ماحولیاتی دباؤ کے تحت ارجن پر مبنی ڈرفٹ گیس سے بھرے ہوتے ہیں۔ ٹی پی سی کو عبور کرنے والے چارج شدہ ذرات اپنے راستے پر گیس کو آئنائز کرتے ہیں۔ آئنائزیشن الیکٹران کیتھوڈ سے ٹی پی سی کے اطراف کی طرف بہتے ہیں، جہاں مائیکرو میگاس کے ذریعہ ان کا پتہ لگایا جاتا ہے جو گزرتے ہوئے چارج شدہ ذرہ کے راستے کی 3D تصویر فراہم کرتا ہے۔ Y اور Z کوآرڈینیٹ مائیکرو میگاس ماڈیولز پر پائے جانے والے آئنائزیشن الیکٹرانوں کی پوزیشن پر مبنی ہوتے ہیں، اور X کوآرڈینیٹ الیکٹرانوں کے بہاؤ کے وقت پر مبنی ہوتا ہے۔ مقناطیسی میدان میں، اس راستے کی منحنیت ذرہ کے چارج اور رفتار کا تعین کرنے کی اجازت دیتی ہے، اور فی یونٹ فاصلے پر آئنائزیشن الیکٹرانوں کی مقدار کو بیتھ-بلوچ فارمولے کی بنیاد پر ذرات کی شناخت کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ پہلے اور دوسرے ٹی پی سی کے بعد دو باریک دانے والے ڈٹیکٹر (ایف جی ڈی) رکھے جاتے ہیں۔ ایف جی ڈی اور ٹی پی سی مل کر این ڈی 280 کا ٹریکر بناتے ہیں۔ ایف جی ڈی نیوٹرینو تعاملات کے لیے فعال ہدف ماس فراہم کرتے ہیں اور پروٹون ریکوئل کے مختصر راستوں کی پیمائش کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔ پہلا ایف جی ڈی صرف سنٹیلیٹر تہوں پر مشتمل ہوتا ہے، جبکہ دوسرا ایف جی ڈی سنٹیلیٹر اور پانی کی باری باری تہوں پر مشتمل ہوتا ہے۔ دوسرا ایف جی ڈی جزوی طور پر پانی پر مشتمل ہے کیونکہ سپر کامیوکانڈے ڈٹیکٹر پانی پر مبنی ہے۔ کاربن اور پانی پر کراس سیکشن کا تعین دو ایف جی ڈی میں نیوٹرینو تعاملات کے موازنہ سے کیا جا سکتا ہے۔ برقی مقناطیسی کیلوری میٹر برقی مقناطیسی کیلوری میٹر (ای سی اے ایل) اندرونی ڈٹیکٹرز (پی 0 ڈی، ٹی پی سی، ایف جی ڈی) کو گھیرے ہوئے ہے اور لیڈ جذب کرنے والی چادروں کے ساتھ سینڈوچ شدہ سنٹیلیٹر تہوں پر مشتمل ہے۔ اس کا کام غیر جانبدار ذرات، خاص طور پر فوٹونوں کا پتہ لگانا، اور ان کی توانائی اور سمت کی پیمائش کرنے کے ساتھ ساتھ چارج شدہ ذرات کا پتہ لگانا ہے جو ان کی شناخت کے لیے متعلقہ اضافی معلومات فراہم کرتے ہیں۔ سائیڈ میوون رینج ڈیٹیکٹر سائیڈ میوون رینج ڈیٹیکٹر (ایس ایم آر ڈی) سنٹیلیٹر ماڈیولز پر مشتمل ہوتا ہے جو مقناطیس کے خلا میں داخل کیے جاتے ہیں۔ ایس ایم آر ڈی بیم کی سمت کے حوالے سے بڑے زاویوں پر ڈٹیکٹر کے اندرونی حصوں سے فرار ہونے والے میوون کو ریکارڈ کرتا ہے۔ ذرات کی بقیہ اقسام (سوائے نیوٹرینو کے) زیادہ تر کیلوری میٹر میں رک جاتی ہیں۔ ایس ایم آر ڈی کائناتی شعاعوں کے لیے محرک کے طور پر بھی کام کر سکتا ہے۔ آخر میں، یہ آس پاس کی دیواروں اور خود مقناطیس میں بیم کے تعاملات کی نشاندہی کرنے میں مدد کر سکتا ہے۔ واگاسی-بیبی مائنڈ واگاسی-بیبی مائنڈ ایک نیا ڈٹیکٹر ہے جو INGRID اور ND280 ڈٹیکٹرز کے ساتھ واقع ہے، جو نیوٹرینو انٹرایکشن اسٹڈیز کے لیے وقف ہے۔ اس نے 2019/2020 سرمائی دوڑ کے دوران مکمل ڈٹیکٹر سیٹ اپ کا استعمال کرتے ہوئے پہلا نیوٹرینو بیم ڈیٹا فراہم کیا۔ واگاسی-بیبی مائنڈ کئی ذیلی ڈٹیکٹرز پر مشتمل ہے: دو نئے واٹر سنٹیلیٹر ڈٹیکٹرز (واگاسی، واٹر-گرڈ-سنٹیلیٹر-ڈٹیکٹر) جو پانی کے اہم اہداف اور پارٹیکل ٹریکرز کے طور پر کام کرتے ہیں۔ سنٹیلیٹر سلاخوں کا تھری ڈی گرڈ جیسا ڈھانچہ پانی سے بھرے کھوکھلی گڑھے بناتا ہے۔ اس طرح کے ڈھانچے کی بدولت، پانی سے سنٹیلیٹر کے بڑے پیمانے پر تناسب (80 ٪ H2O + 20 ٪ CH) حاصل کیا گیا اور قبولیت زیادہ ہے اور تمام سمتوں میں تقریبا مستقل ہے۔ ایک پروٹون ماڈیول، جو INGRID ڈٹیکٹر کی طرح ہے، سادہ پلاسٹک سنٹیلیٹر (CH) سلاخوں سے بنا ہے، جو مرکزی CH ٹارگٹ اور پارٹیکل ٹریکر کے طور پر کام کرتا ہے۔ دو وال ایم آر ڈی (وال میوون رینج ڈیٹیکٹر) جو غیر مقناطیسی میوون سپیکٹرومیٹر ہیں جو سائیڈ جانے والے میوون کا پتہ لگانے کے لیے ہیں۔ وہ فعال سنٹیلیٹر طیاروں کے ساتھ جڑے ہوئے غیر فعال لوہے کے طیاروں سے بنے ہوتے ہیں۔ ایک بیبی مائنڈ (پروٹو ٹائپ میگنیٹائزڈ آئرن نیوٹرینو ڈیٹیکٹر) جو آگے جانے والے میوون کا پتہ لگانے کے لیے ایک مقناطیسی میوون سپیکٹرومیٹر ہے۔ بیبی مائنڈ سینڈوچ جیسے مقناطیسی فیرائٹ ماڈیولز کے ساتھ جڑے ہوئے سنٹلیشن ماڈیولز کی اصل ترتیب کو کھیلتا ہے۔ مقناطیسی میدان کو تجربے کی مخصوص ضروریات کے مطابق ڈھالنے کے لیے ماڈیولز کو آسانی سے دوبارہ ترتیب دیا جا سکتا ہے۔ مقناطیسی میدان صرف فیرائٹ کے اندر پیدا ہوتا ہے لہذا یہ ان میگنےٹس کے مقابلے میں بہت طاقت سے موثر ہے جنہیں اپنے ارد گرد خالی جگہوں کو مقناطیسی بنانا پڑتا ہے جیسے کہ این ڈی 280۔ تاہم، مقناطیسی میدان میوون کے سفر کے حجم پر یکساں نہیں ہے، اور یہ رفتار کی تعمیر نو کے لیے اب بھی ایک کھلا چیلنج ہے۔ ڈٹیکٹر میں موجود تمام فعال مواد پلاسٹک کے سنٹیلیٹر سے بنا ہوتا ہے اور اسے سیکشن سگنل ریڈ آؤٹ میں بیان کردہ کے مطابق پڑھا جاتا ہے۔ ڈبلیو اے جی اے ایس سی آئی-بیبی مائنڈ ڈٹیکٹر کا بنیادی مقصد ٹی 2 کے ارتعاش تجزیہ میں منظم غلطی کو کم کرنا ہے، جو این ڈی 280 ڈٹیکٹر کے حوالے سے اس کی تکمیل کی بدولت حاصل کیا جائے گا: این ڈی 280 (80 فیصد سی ایچ + 20 فیصد ایچ 2 او) اور ایس کے (خالص ایچ 2 او) کے درمیان مختلف ہدف مواد ہمیں سی ایچ ون سے ایچ 2 او کراس سیکشن تخمینے کو الگ کرنے کے لیے کراس سیکشن ماڈلز پر انحصار کرنے پر مجبور کرتا ہے۔ ڈبلیو اے جی اے ایس سی آئی واٹر سنٹیلیٹر ماڈیولز میں پانی کا حصہ 80 فیصد ہے جو پانی (ایچ 2 او) اور پلاسٹک (سی ایچ) کے درمیان چارج شدہ-موجودہ نیوٹرینو کراس سیکشن تناسب کی پیمائش کو 3 فیصد درستگی کے ساتھ قابل بناتا ہے۔ نیا ڈٹیکٹر اعلی درستگی، کم رفتار کی حد اور مکمل کونیی قبولیت کے ساتھ مختلف چارج شدہ-موجودہ نیوٹرینو تعامل چینلز کی پیمائش فراہم کرے گا۔ یہ اونچے زاویوں پر پیدا ہونے والے ذرات کے لیے بہاؤ اور کراس سیکشن ماڈل کی غیر یقینی صورتحال کو محدود کریں گے۔ یہ اثاثے 2 نیوکلینوں کی پابند حالتوں کے ساتھ نیوٹرینو کے تعامل میں یا نیوٹرینو کے ذریعہ پیدا ہونے والے ذرات کے ہدف نیوکلئس کے اندر دوبارہ تعامل کے ذریعے پیدا ہونے والے کم رفتار والے ہیڈرون کا پتہ لگانے میں بھی سہولت فراہم کریں گے، اور اس طرح فار ڈیٹیکٹر میں اس طرح کے تعاملات کی بہتر ماڈلنگ ہوگی۔ این ڈی 280 اور آئی این جی آر آئی ڈی ڈٹیکٹرز کے طور پر گریفائٹ کے ہدف سے 280 میٹر کے مساوی فاصلے پر مقام، لیکن 1.5 ڈگری کے مختلف آف محور زاویے پر، اس وجہ سے ہوتا ہے کہ نیوٹرینو بیم کا توانائی سپیکٹرم ہر ایک کے لیے مختلف توانائیوں کے ارد گرد عروج پر ہوتا ہے۔ ڈٹیکٹرز سے مطابقت رکھنے والے آف محور زاویہ۔ ان ڈٹیکٹرز سے پیمائش کا امتزاج نیوٹرینو کراس سیکشنز کو ان کی توانائی کے فنکشن کے طور پر ایک بہتر رکاوٹ فراہم کرے گا۔ سپر کامیوکانڈے سپر کامیوکانڈے ڈٹیکٹر ہیڈا شہر کے کامیوکا علاقے میں ماؤنٹ آئکینو کے نیچے موزومی کان میں 1000 میٹر زیر زمین واقع ہے۔ یہ تقریبا 40 میٹر اونچائی اور قطر کا سٹینلیس سٹیل کا بیلناکار ٹینک ہے، جو 50,000 ٹن پانی سے بھرا ہوا ہے اور تقریبا 13,000 فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبوں (پی ایم ٹی) سے لیس ہے۔ یہ چیرنکوف روشنی کے شنک کا پتہ لگاتا ہے جو اس میڈیم میں روشنی سے زیادہ تیزی سے پانی میں حرکت کرنے والے چارج شدہ ذرات سے خارج ہوتا ہے۔ اس کا مقصد بالترتیب اور کے چارج شدہ موجودہ قوسیلاسٹک تعاملات (سی سی کیو ای) میں پیدا ہونے والے میوون اور الیکٹرانوں کی پیمائش کرنا ہے۔ نسبتا بڑے کمیت کی وجہ سے، میوون عام طور پر اپنی سمت تبدیل نہیں کرتے ہیں اور اس طرح پی ایم ٹی کے ذریعہ مشاہدہ کردہ چیرنکوف روشنی کا ایک اچھی طرح سے متعین شنک پیدا کرتے ہیں جو ایک واضح، تیز رنگ کے طور پر ہوتا ہے۔ اس کے برعکس، الیکٹران، چھوٹی کمیت کی وجہ سے، بکھرنے کے لیے زیادہ حساس ہوتے ہیں اور تقریبا ہمیشہ برقی مقناطیسی شاور پیدا کرتے ہیں، جس کا مشاہدہ پی ایم ٹیز نے مبہم کناروں والی انگوٹی کے طور پر کیا ہے۔ نیوٹرینو توانائی کا حساب سی سی کیو ای تعامل میں پیدا ہونے والے چارج شدہ لیپٹن کی سمت اور توانائی کی بنیاد پر کیا جاتا ہے۔ اس طرح، اور سپیکٹرم کا تعین کیا جاتا ہے، جس سے میوون نیوٹرینو کی گمشدگی اور الیکٹران نیوٹرینو کی ظاہری شکل کے لیے متعلقہ ارتعاش پیرامیٹرز کی پیمائش ہوتی ہے۔ ہسٹری ٹی 2 کے کے ای کے سے کامیوکا (کے 2 کے) تجربے کا جانشین ہے، جو 1999 سے 2004 تک جاری رہا۔ کے 2 کے تجربے میں، میوون نیوٹرینو کا ایک ایکسلریٹر بیم سکوبا (جاپان) میں کے ای کے کی سہولت سے تیار کیا گیا اور 250 کلومیٹر دور واقع سپر کامیوکانڈے ڈٹیکٹر کی طرف بھیجا گیا۔ K2K تجربے کے نتائج نے 99.9985 ٪ (4.3 σ) کی اعتماد کی سطح پر میوون نیوٹرینو کے غائب ہونے کی تصدیق کی اور ماحولیاتی نیوٹرینو کے لیے سپر کامیوکانڈے ڈٹیکٹر کے ذریعے ماپا گیا ارتعاش پیرامیٹرز کی پچھلی پیمائشوں کے مطابق تھے۔ نیوٹرینو بیم لائن کی تعمیر 2004 میں شروع ہوئی اور اسے 2009 میں کامیابی کے ساتھ شروع کیا گیا۔ پورے INGRID ڈٹیکٹر اور زیادہ تر ND280 ڈٹیکٹر (برقی مقناطیسی کیلوری میٹر کے بیرل حصے کے بغیر) کی تعمیر 2009 میں مکمل ہوئی تھی۔ کیلوری میٹر کا لاپتہ حصہ 2010 کے موسم خزاں میں نصب کیا گیا تھا۔ ٹی ٹو کے فار ڈٹیکٹر بڑا سپر کامیوکانڈے ڈٹیکٹر ہے، جو 1996 سے چل رہا ہے اور پروٹون کی زندگی اور ماحولیاتی، شمسی اور ایکسلریٹر نیوٹرینو کے ارتعاش کا مطالعہ کر رہا ہے۔ ٹی 2 کے تجربے نے جنوری 2010 میں طبیعیات کے تجزیے کے لیے نیوٹرینو ڈیٹا لینا شروع کیا، ابتدائی طور پر ایک نامکمل این ڈی 280 ڈٹیکٹر کے ساتھ، اور نومبر 2010 سے مکمل سیٹ اپ کے ساتھ شروع ہوا۔ مارچ 2011 میں عظیم توہوکو زلزلے کی وجہ سے ڈیٹا لینے میں ایک سال تک خلل پڑا۔ پروٹون بیم کی طاقت، اور اس طرح نیوٹرینو بیم کی شدت، مسلسل بڑھ رہی تھی، فروری 2020 تک 515 کلو واٹ کی طاقت اور نیوٹرینو موڈ میں 55 ٪ ڈیٹا اور اینٹی نیوٹرینو موڈ میں 45 ٪ کے ساتھ 3.6 × 1021 پروٹون کے ہدف پر جمع شدہ پروٹونوں کی کل تعداد تک پہنچ رہی تھی۔ مستقبل کے منصوبے T2K تجربہ 2020 تک موجودہ شکل میں چل رہا تھا۔ 2021 میں سپر کامیوکانڈے فار ڈیٹیکٹر میں لوڈ کیے گئے گیڈولینیم کے ساتھ چلنے والا پہلا ڈیٹا لیا گیا۔ 2021-2022 میں نیوٹرینو بیم لائن اور این ڈی 280 نیئر ڈیٹیکٹر کا ایک بڑا اپ گریڈ کیا جائے گا۔ 2023 سے 2026 تک نیوٹرینو ڈیٹا T2K تجربے (T2K-II) کے دوسرے مرحلے کے اندر لیا جائے گا۔ 2027 میں، T2K تجربے کا جانشین-ہائپر-کامیوکانڈے (HK) تجربہ-نئے، 250,000 ٹن کے واٹر چیرنکوف فار ڈیٹیکٹر-ہائپر-کامیوکانڈے ڈیٹیکٹر کے ساتھ لانچ کیا جائے گا۔ ایچ کے تجربے کے لیے ارد گرد کے فاصلے پر ایک اضافی انٹرمیڈیٹ واٹر چیرنکوف ڈٹیکٹر کی تعمیر پر بھی غور کیا جاتا ہے۔ توقع ہے کہ T2K تجربے کا T2K-II مرحلہ II 2023 کے آغاز میں شروع ہوگا اور 2026 تک جاری رہے گا، جس کے بعد HK تجربہ شروع ہوگا۔ T2K-II کے طبیعیات کے اہداف بالترتیب 1.7 ° اور 1 ٪ کی درستگی کے ساتھ ارتعاش کے پیرامیٹرز θ23 اور Δm کی پیمائش ہیں، نیز δCP کی ممکنہ حقیقی اقدار کی ایک وسیع رینج میں نیوٹرینو سیکٹر میں 3 σ یا اس سے زیادہ مادے-اینٹی میٹر کی عدم توازن کی سطح پر تصدیق-CP (مادے-اینٹی میٹر) عدم توازن کے لیے ذمہ دار پیرامیٹر۔ ان اہداف کے حصول کے لیے شماریاتی اور منظم غلطیوں میں کمی کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس طرح بیم لائن اور این ڈی 280 ڈٹیکٹر کا ایک اہم اپ گریڈ، فار ڈٹیکٹر میں امتیازی سلوک کی اجازت دینے کے لیے گیڈولینیم کے ساتھ ایس کے واٹر کی ڈوپنگ کے ساتھ ساتھ سافٹ ویئر اور تجزیہ کے طریقوں میں بہتری کی جائے گی۔ بیم اپ گریڈ بیم اپ گریڈ پلان کے لیے 2021 میں جے-پی اے آر سی مین رنگ ایکسلریٹر کو ایک سال کے لیے بند کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جس کے بعد ایچ کے تجربے کے آغاز تک پروٹون بیم پاور میں مسلسل بتدریج اضافہ ہوتا ہے۔ بیم پاور 2022 میں 750 کلو واٹ تک پہنچنی چاہیے اور پھر 2029 تک 1.3 میگاواٹ تک بڑھنی چاہیے۔ فروری 2020 میں، پروٹون بیم کی طاقت 2.7x1014 پروٹون فی پلس کے ساتھ 515 کلو واٹ تک پہنچ گئی اور دالوں کے درمیان 2.48 سیکنڈ کے ساتھ (نام نہاد تکرار سائیکل)۔ 750 کلو واٹ تک پہنچنے کے لیے، تکرار سائیکل کو 2.0x1014 پروٹون فی پلس کے ساتھ 1.32 سیکنڈ تک کم کر دیا جائے گا، جبکہ 1.3 میگاواٹ کے لیے تکرار سائیکل کو مزید 1.16 سیکنڈ تک کم کرنا ہوگا اور فی پلس پروٹون کی تعداد کو 3.2x1014 تک بڑھانا ہوگا۔ بنیادی پروٹون بیم کی طاقت کو بڑھانے کے علاوہ، ہارن میں موجود کرنٹ ثانوی ذرات (پیاون، کاون وغیرہ) کو مرکوز کرتا ہے۔ ایک منتخب برقی چارج کے ساتھ بھی 250 کے اے سے بڑھا کر 320 کے اے کر دیا جائے گا۔ اس سے رائٹ سائن نیوٹرینو (نیوٹرینو موڈ بیم میں نیوٹرینو اور اینٹی نیوٹرینو موڈ بیم میں اینٹی نیوٹرینو) کی مقدار میں 10 فیصد اضافہ ہوگا، اور غلط سائن نیوٹرینو (نیوٹرینو موڈ بیم میں اینٹی نیوٹرینو اور اینٹی نیوٹرینو موڈ بیم میں نیوٹرینو) کی مقدار میں تقریبا 5 - 10% کمی آئے گی۔ تکرار کے چکر کو کم کرنے کے لیے ہارڈ ویئر اپ گریڈ کی ایک سیریز کی ضرورت ہوگی، جس میں مین رنگ پاور سپلائیز کا ایک بڑا اپ گریڈ اور فوکسنگ ہارن پاور سپلائیز کا ایک معمولی اپ گریڈ شامل ہے، یہ سب 2021 میں طویل شٹ ڈاؤن کے دوران نصب کیے جائیں گے۔ ہارن کرنٹ کو بڑھانے کے لیے اضافی (تیسرا) ہارن پاور سپلائی استعمال کرنے کی ضرورت ہوگی۔ دریں اثنا، اعلی پروٹون بیم پاور ثانوی بیم لائن اجزاء جیسے گریفائٹ ٹارگٹ، مقناطیسی ہارن اور بیم ڈمپ کی ٹھنڈک کی صلاحیت کو بڑھانے کے ساتھ ساتھ تابکاری والے ٹھنڈے پانی کی بڑی مقدار کو ٹھکانے لگانے کا مطالبہ کرتی ہے۔ این ڈی 280 اپ گریڈ این ڈی 280 ڈٹیکٹر کا موجودہ ڈیزائن آگے بڑھنے والے لیپٹنوں (میوون اور الیکٹرانوں) کا پتہ لگانے اور ان کی تعمیر نو کے لیے بہتر بنایا گیا ہے، لیکن اس میں متعدد حدود بھی ہیں، جیسے تعامل کرنے والے نیوٹرینو کی سمت کے حوالے سے تقریبا عمودی اور پسماندہ پیدا ہونے والے ذرات کی کم تعمیر نو کی کارکردگی، نیز پیدا شدہ پیاون اور ناک آؤٹ نیوکلینوں (پروٹون اور نیوٹرون) کے ایک بڑے حصے کی تعمیر نو کے لیے بہت زیادہ رفتار کی حد۔ چارج شدہ موجودہ نیم لچکدار (سی سی کیو ای) تعاملات میں، ڈیٹیکٹر کے قریب این ڈی 280 میں غالب تعامل، پیدا شدہ لیپٹن کی حرکیات آنے والی نیوٹرینو توانائی کی تعمیر نو میں کافی ہے۔ تاہم، نیوٹرینو تعاملات کی دیگر اقسام جن میں اضافی ذرات (پیاون، کاون، نیوکلین) ختم ہو گئے تھے، سی سی کیو ای کے طور پر غلط طور پر تعمیر کیے جا سکتے ہیں اور دوبارہ تعمیر شدہ نیوٹرینو انرجی سپیکٹرم میں تعصب متعارف کراسکتے ہیں۔ اس طرح، اضافی ذرات اور جوہری اثرات کے لیے حساس ہونے کے لیے ڈٹیکٹر کو بہتر بنانا ضروری ہے۔ ان مسائل کو حل کرنے کے لیے تین اہم اقدامات کرنے کی ضرورت ہے: ڈٹیکٹر کو نیوٹرینو تعاملات کی حتمی حالت میں نیوکلینوں کا مؤثر طریقے سے پتہ لگانے کی ضرورت ہے۔ اس کے لیے پتہ لگانے کی حد کو کم کرنے کی ضرورت ہے۔ اونچے زاویہ اور پیچھے کی طرف جانے والے راستوں کو اچھی طرح سے تعمیر کیا جانا چاہیے۔ یہ کونیی قبولیت اور وقت کی معلومات کا استعمال کرتے ہوئے آگے جانے والے راستوں سے پیچھے کی طرف کے درمیان امتیازی سلوک کی کارکردگی کو بڑھا کر حاصل کیا جاتا ہے۔ آخر میں، این ڈی 280 ڈٹیکٹر کے ٹریکر حصے کے کل فڈیوشیل حجم (نیوٹرینو تعاملات کے لیے دستیاب کمیت)، جو بہتر تعمیر نو کی صلاحیت کے ساتھ نمایاں ہے، کو نیوٹرینو تعاملات کی شرح کو بڑھانے کے لیے بڑھانے کی ضرورت ہے۔ این ڈی 280 ڈٹیکٹر (این ڈی 280 اپ گریڈ) کا اپ گریڈ پی 0 ڈی ذیلی ڈٹیکٹر کے ایک حصے کو تین قسم کے نئے ذیلی ڈٹیکٹر سے تبدیل کرکے ان ضروریات کو پورا کرتا ہے۔ موجودہ ڈاون اسٹریم حصہ، جو دو فائن گرینڈ سنٹلیشن ڈیٹیکٹرز (ایف جی ڈی) اور تین ٹائم پروجیکشن چیمبرز (ٹی پی سی) پر مشتمل ہے، اپنے سینڈوچ ڈھانچے کو برقرار رکھے گا اور آگے جانے والے لیپٹنز اور ہائی مومنٹم ہیڈرونز کا پتہ لگاتا رہے گا۔ اپ اسٹریم حصہ جو اب پی 0 ڈی ذیلی ڈٹیکٹر کی میزبانی کرتا ہے، اس کی جگہ تین نئے ذیلی ڈٹیکٹرز لے لیں گے: ایک چمکدار 3 ڈی ٹارگٹ (سپر فائن گرینڈ ڈٹیکٹر یا سپر ایف جی ڈی)، سپر ایف جی ڈی کے اوپر اور نیچے دو نئے ٹی پی سی (ہائی اینگل ٹی پی سی یا ایچ اے ٹی پی سی)، اور نئے ڈھانچے کے ارد گرد چھ ٹائم آف فلائٹ (ٹی او ایف) ڈٹیکٹر۔ ان ذیلی ڈٹیکٹرز میں سے ہر ایک کو ذیل میں مختصر طور پر بیان کیا گیا ہے۔ این ڈی 280 میں نئے ذیلی ڈٹیکٹرز کی تنصیب 2022 میں کی جائے گی۔ سپر ایف جی ڈی ایک ڈٹیکٹر ہے جو تقریبا 2 ملین 1 سینٹی میٹر 3 چمکدار پولی سٹائرین کیوب پر مشتمل ہے۔ کیوب نظری ریشوں کی ایک سیریز کے ساتھ بنے ہوتے ہیں جو ہدف میں تعاملات کے دوران پیدا ہونے والے ذرات سے خارج ہونے والی روشنی کا پتہ لگانے کے لیے بنائے گئے ہیں۔ موجودہ ایف جی ڈی کے برعکس، سپر ایف جی ڈی میں تین گنا پروجیکٹو 2 ڈی ریڈ آؤٹ ہوتے ہیں جو ایک نیم 3 ڈی ریڈ آؤٹ فراہم کرتے ہیں۔ یہ ریڈ آؤٹ ترتیب تمام سمتوں میں تقریبا یکساں طور پر مختصر پٹریوں کا پتہ لگانے میں اضافہ کرتی ہے۔ اس کی جیومیٹری کی وجہ سے اور ٹی او ایف اور ایچ اے ٹی پی سی کے ساتھ مل کر، سپر ایف جی ڈی تیز نیوٹرانوں کا پتہ لگانے کی صلاحیت رکھتا ہے، جو اینٹی نیوٹرینو توانائی کی تعمیر نو میں مفید ثابت ہو سکتا ہے۔ ایچ اے ٹی پی سی ہائی اینگل ٹائم پروجیکشن چیمبرز (ایچ اے ٹی پی سی) آنے والے نیوٹرینو بیم کے عمودی سطح میں سپر ایف جی ڈی کو گھیرے گا۔ ان کا ڈیزائن موجودہ ٹی پی سی سے ملتا جلتا ہے، کیونکہ وہ دونوں ٹریک کی تعمیر نو کے لیے مائیکرو میگاس ماڈیول ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہیں۔ ایچ اے ٹی پی سی کی اہم نئی خصوصیت، ان کے ہائی اینگل کوریج کے علاوہ، مزاحم مائیکرو میگاس ٹیکنالوجی کا استعمال ہے۔ مؤخر الذکر مائیکرو میگاس ماڈیولز کی چارج شیئرنگ کی صلاحیتوں کو بڑھانے کے لیے مزاحم مواد کی ایک پرت لگانے پر مشتمل ہے۔ یہ ریڈ آؤٹ چینلز کی تعداد کو کم کرتا ہے اور ایک مقامی ریزولوشن کی اجازت دیتا ہے جو موجودہ ٹی پی سی کے برابر ہے۔ ٹی او ایف ایچ اے ٹی پی سی اور سپر ایف جی ڈی کے ارد گرد چھ ٹائم آف فلائٹ (ٹی او ایف) ڈٹیکٹر پلاسٹک سنٹیلیٹر تہوں کا ایک سلسلہ ہے جو 600 پی ایس کی ترتیب کے ٹائم ریزولوشن کے ساتھ ہر کراسنگ ٹریک کے لیے پرواز کے وقت کی پیمائش کے ذریعے ذرہ سمت کے احساس کی شناخت کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ ٹریک کی سمت کے احساس کا تعین کرنے کی صلاحیت اصل این ڈی 280 میں ثابت ہوئی ہے کہ فعال اندرونی ڈٹیکٹرز کے باہر پیدا ہونے والے پس منظر کو کم کرنے کے لیے اہم ہے۔ نیوٹرینو آسکیلیشن فزکس پر اثر این ڈی 280 اپ گریڈ کا ٹی 2 کے کے تجزیے پر دو گنا اثر پڑے گا۔ سب سے پہلے، 2 ٹن سپر ایف جی ڈی ہدف کی بدولت اعداد و شمار میں اضافہ بعض نمونوں میں ڈیٹا کی مقدار کو تقریبا دگنا کرنے کی اجازت دے گا۔ دوسرا اور زیادہ متعلقہ، نئی ترتیب اضافی حتمی حالت کے ذرات کا بہتر پتہ لگانے کی اجازت دے گی: اعلی زاویہ کے ذرات بڑھتی ہوئی کونیی قبولیت کی بدولت، اور کم پتہ لگانے کی حد کی وجہ سے کم توانائی والے ذرات۔ یہ ڈٹیکٹر کی قبولیت میں بہتری فار ڈٹیکٹر (ایس کے) پر دستیاب تقریبا اسی مرحلے کی جگہ کا احاطہ کرنے کے لیے اہم ہے۔ اس کے علاوہ، حتمی حالت کے ذرات جوہری اثرات کی جانچ کرنے کی اجازت دیں گے جو ارتعاش کے تجزیے کے منظم اثرات کو محدود کرنے کے لیے ضروری ہیں۔ یہ نیوٹرینو آکسیلیشن فزکس میں نیم جامع یا خصوصی ماڈلز کے استعمال کی طرف منتقلی کے لیے بھی ایک اہم قدم ہے، جیسا کہ موجودہ جامع ماڈلز کے برعکس جو اپنی پیش گوئیوں میں صرف فائنل اسٹیٹ لیپٹن کا استعمال کرتے ہیں۔ ایس کے-جی ڈی ٹی 2 کے-فیز 2 کے اندر بہتر کیا جانے والا تیسرا عنصر سپر کامیوکانڈے میں گیڈولینیم کا تعارف ہے، جو اب تک انتہائی خالص پانی سے بھرا ہوا تھا۔ ایس کے رجسٹرڈ ذرہ کے چارج کی پیمائش کرنے کے قابل نہیں ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ پیدا شدہ لیپٹن کے چارج کی بنیاد پر نیوٹرینو کو اینٹی نیوٹرینو تعامل سے الگ کرنا ممکن نہیں ہے (مثال کے طور پر۔ جبکہ کی طرف سے پیدا کیا جاتا ہے)۔ (اینٹی) نیوٹرینو-نیوکلئس تعاملات میں، چارج شدہ لیپٹن کی پیداوار کے علاوہ، ایک نیوکلین عام طور پر نیوکلئس سے حاصل ہوتا ہے۔ چارج کے تحفظ کی وجہ سے، نیوٹرینو کے لیے یہ زیادہ تر ایک پروٹون ہے اور اینٹی نیوٹرینو کے لیے-ایک نیوٹرون: + → + + → +۔ چیرنکوف توانائی کی حد (چیرنکوف روشنی پیدا کرنے کے لیے چارج شدہ ذرہ کی کم از کم کل توانائی) ذرہ کمیت کے متناسب ہوتی ہے، اور پانی میں یہ الیکٹرانوں کے لیے 0.8 میگاواٹ، میوونز کے لیے 160 میگاواٹ اور پروٹونز کے لیے 1400 میگاواٹ کے برابر ہوتی ہے۔ اس طرح، نیوٹرینو تعاملات میں جاری ہونے والے پروٹون اکثر حد سے نیچے گر جاتے ہیں اور نامعلوم رہتے ہیں۔ نیوٹرون، ایک غیر جانبدار ذرہ کے طور پر، چیرنکوف روشنی پیدا نہیں کرتا ہے۔ تاہم، اسے دوسرے نیوکلئس کے ذریعے جذب کیا جا سکتا ہے، جو ایک پرجوش حالت میں چلا جاتا ہے اور ڈی ایکسائٹیشن کے دوران گاما شعاعیں پیدا ہوتی ہیں۔ اعلی توانائی والے فوٹون (گیڈولینیم کے لیے ان کی کل توانائی تقریبا 8 میگاواٹ ہے) ایٹم سے الیکٹرانوں کو منتشر کرتے ہیں اور/یا الیکٹران پوزیٹرون کے جوڑے تیار کرتے ہیں، جو پھر چیرنکوف روشنی پیدا کرتے ہیں۔ گیڈولینیم ایک قدرتی طور پر پائے جانے والا عنصر ہے جس کا تھرمل توانائی پر نیوٹرانوں کی گرفت پر سب سے زیادہ کراس سیکشن ہوتا ہے۔ 25 میگاواٹ نیوٹرانوں کے لیے، گیڈولینیم کا کراس سیکشن ہائیڈروجن کے مقابلے میں تقریبا 105 گنا زیادہ ہے۔ ایس کے میں پکڑے جانے والے نیوٹرانوں کا حصہ 0.01% جی ڈی ارتکاز کے لیے 50 فیصد اور 0.1 فیصد ارتکاز کے لیے 90 فیصد ہے-ایس کے میں منصوبہ بند حتمی جی ڈی ارتکاز۔ نیوٹران کیپچر سے سگنل چارج شدہ لیپٹن سگنل کے حوالے سے ملی سیکنڈ کے ایک حصے سے تاخیر کا شکار ہوتا ہے (وہ وقت جب نیوٹران کیپچر سے پہلے پانی کے پار سفر کرتا ہے اور وہ وقت جب جی ڈی پرجوش حالت میں رہتا ہے) اور عام طور پر نیوٹرینو انٹرایکشن پوائنٹ سے 50 سینٹی میٹر (کیپچر سے پہلے نیوٹران کے ذریعے طے کردہ فاصلہ) کے فاصلے کے اندر ظاہر ہوتا ہے۔ اس طرح کا ڈبل فلیش ایونٹ (چارج شدہ لیپٹن سے پہلا فلیش، جی ڈی ڈی ایکسائٹیشن فوٹون سے دوسرا فلیش) ایک اینٹی نیوٹرینو تعامل کا اشارہ ہے۔ ایس کے کے پانی میں 13 ٹن جی ڈی 2 (ایس او 4) 3·8 (گیڈولینیم (III) سلفیٹ آکٹاہیڈریٹ) کی پہلی لوڈنگ جولائی-اگست 2020 میں کی گئی تھی اور اس سے جی ڈی کا%% ارتکاز ہوتا ہے۔ ٹی ٹو کے نے مارچ-اپریل 2021 میں ایس کے میں جی ڈی کے ساتھ اپنا پہلا ڈیٹا اکٹھا کیا۔ گیڈولینیم ڈوپڈ پانی کے استعمال سے دور دراز کے سپرنووا نیوٹرینو کا مطالعہ کرنے میں مدد ملے گی، جن کے لیے ایس کے میں سب سے زیادہ رد عمل ہوتے ہیں لیکن ابھی تک دوسرے ذرائع سے نیوٹرینو سے ممتاز نہیں تھے۔ یہ ہماری کہکشاں میں سپرنووا دھماکوں کے لیے ڈٹیکٹر کی کارکردگی کو بھی بہتر بنائے گا اور ایکسلریٹر نیوٹرینو ارتعاش میں مادے اور مادے کے درمیان بہتر فرق کا مطالعہ کرے گا۔ ہائپر-کامیوکانڈے تجربہ T2K تجربے کا جانشین، ہائپر-کامیوکانڈے (HK) تجربہ، فی الحال استعمال ہونے والے ایکسلریٹر اور نیوٹرینو بیم لائن کے اپ گریڈ شدہ نظام اور نیئر ڈیٹیکٹر کے اپ گریڈ شدہ سیٹ کا استعمال کرے گا۔ اس کے علاوہ، ایک نیا فار ڈیٹیکٹر، ہائپر کامیوکانڈے ڈیٹیکٹر، اور ممکنہ طور پر ایک نیا انٹرمیڈیٹ ڈیٹیکٹر بھی بنایا جائے گا۔ بیم سے متعلق اپ گریڈ کے کاموں کا ایک حصہ اور این ڈی 280 ڈٹیکٹر کا اپ گریڈ ٹی 2 کے تجربے کے دوسرے مرحلے کے آغاز سے پہلے ہی انجام دیا جائے گا۔ توقع ہے کہ ایچ کے تجربہ سال 2027 کے آس پاس شروع ہو جائے گا۔ ہائپر-کامیوکانڈے ڈٹیکٹر ہائپر-کامیوکانڈے ڈٹیکٹر واٹر چیرنکوف ڈٹیکٹر ہوگا، جو سپر-کامیوکانڈے ڈٹیکٹر سے 5 گنا بڑا (258 ٹن پانی) ہوگا۔ یہ قطر اور اونچائی کا سلنڈر ہوگا جس میں قطر کی 40000 فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبیں اور قطر کی 6700 فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبیں ہوں گی۔ یہ توچی بورا کان میں سپر کامیوکانڈے ڈٹیکٹر سے جنوب میں، نیجوگو ماؤنٹین کی چوٹی کے نیچے، نیوٹرینو بیم سینٹر سے اسی آف ایکسس اینگل (2.5 ڈگری) پر اور جے-پی اے آر سی میں بیم پروڈکشن پلیس سے اسی فاصلے () پر واقع ہوگا۔ ایچ کے ڈٹیکٹر کی تعمیر 2020 میں شروع ہوئی اور ڈیٹا اکٹھا کرنے کا آغاز 2027 میں متوقع ہے۔ انٹرمیڈیٹ واٹر چیرنکوف دی انٹرمیڈیٹ واٹر چیرنکوف ڈیٹیکٹر (IWCD) نیوٹرینو پروڈکشن پلیس سے 1.5 کلومیٹر کے فاصلے پر واقع ہوگا۔ یہ قطر اور اونچائی کے پانی سے بھرا ہوا ایک سلنڈر ہوگا جس میں ایک لمبا ڈھانچہ ہوگا جس میں قطر کی تقریبا 3000 فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبیں ہوں گی۔ اس ڈھانچے کو کرین سسٹم کے ذریعے عمودی سمت میں منتقل کیا جائے گا، جو مختلف غیر محوری زاویوں پر نیوٹرینو تعاملات کی پیمائش فراہم کرتا ہے، جو 1° سے 4° تک پھیلا ہوا ہے، اور اس طرح مختلف توانائی سپیکٹرے کے لیے۔ مختلف غیر محوری زاویوں سے نتائج کو یکجا کرنے سے نیوٹرینو توانائی کی تشکیل نو کے لیے نیوٹرینو تعاملات کے نظریاتی نمونوں پر انحصار کیے بغیر تقریبا یک رنگ نیوٹرینو سپیکٹرم کے نتائج نکالنا ممکن ہے۔ تقریبا ایک ہی کونیی اور مومنٹم قبولیت کے ساتھ فار ڈٹیکٹر کی طرح اسی قسم کے ڈٹیکٹر کا استعمال ڈٹیکٹر کے رسپانس سمیلیشنز پر انحصار کیے بغیر ان دونوں ڈٹیکٹرز کے نتائج کا موازنہ کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ یہ دو حقائق، نیوٹرینو تعامل اور ڈٹیکٹر رسپانس ماڈل سے آزادی، ارتعاش کے تجزیے میں منظم غلطی کو کم سے کم کرنے کے قابل بنائیں گے۔ ڈٹیکٹر کے اس طرح کے ڈیزائن کے اضافی فوائد مختلف آف محور زاویوں کے لیے جراثیم سے پاک ارتعاش کے نمونے کو تلاش کرنے اور الیکٹران نیوٹرینو تعامل کا ایک صاف نمونہ حاصل کرنے کا امکان ہے، جس کا حصہ بڑے آف محور زاویہ کے لیے بڑا ہوتا ہے۔ یہ منصوبہ بنایا گیا ہے کہ آئی ڈبلیو سی ڈی کو 2024 میں حتمی شکل دی جائے گی اور 2025 سے ڈیٹا لینا شروع کر دیا جائے گا، ابھی تک ایچ کے تجربہ شروع کرنے سے پہلے۔ یہ بھی دیکھیں کامیوکا آبزرویٹری نوٹس حوالہ جات بیرونی روابط T2K تجربہ آفیشل ویب سائٹ سپر کامیوکانڈے آفیشل ویب سائٹ سپر کامیوکانڈے ریئل ٹائم مانیٹر نیوٹرینو فزکس-T2K تجربہ-یوٹیوب جاپان کی بگ فزکس کے اندر۔ حصہ ایک: سپر کامیوکانڈے-یوٹیوب ایکسلریٹر نیوٹرینو تجربات جاپان میں سائنس اور ٹیکنالوجی سی ای آر این تجربات فکسڈ ٹارگیٹ تجربات