Hyper-Kamiokande
ہائپر-کامیوکانڈے (جسے ہائپر-کے یا ایچ کے بھی کہا جاتا ہے) ایک نیوٹرینو رصد گاہ اور زیر تعمیر تجربہ ہے، جو جاپان میں چھ براعظموں کے 21 ممالک (اگست 2023 تک) کے اداروں کے تعاون سے کیا جاتا ہے۔ سپر کامیوکانڈے (ایس کے) اور ٹی ٹو کے تجربات کے جانشین کے طور پر، اسے پروٹون کی خرابی کی تلاش اور زمین، ماحول، سورج اور کائنات جیسے قدرتی ذرائع سے نیوٹرینو کا پتہ لگانے کے ساتھ ساتھ انسان کے بنائے ہوئے ایکسلریٹر نیوٹرینو بیم کے نیوٹرینو ارتعاش کا مطالعہ کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ ڈیٹا لینے کا آغاز 2027 کے لیے منصوبہ بند ہے۔ ہائپر-کامیوکانڈے تجرباتی سہولت دو جگہوں پر واقع ہوگی: نیوٹرینو بیم ایکسلریٹر کمپلیکس جے-پی اے آر سی میں تیار کیا جائے گا اور جاپان کے مشرقی ساحل پر ایباراکی پریفیکچر کے ٹوکائی گاؤں میں واقع قریب اور انٹرمیڈیٹ ڈٹیکٹرز کے سیٹ کے ذریعے اس کا مطالعہ کیا جائے گا۔ مرکزی ڈٹیکٹر، جسے ہائپر-کامیوکانڈے (ایچ کے) بھی کہا جاتا ہے، جاپانی الپس میں ہیڈا شہر، گیفو پریفیکچر میں نیجوگو پہاڑ کی چوٹی کے نیچے تعمیر کیا جا رہا ہے۔ ایچ کے ڈٹیکٹر کا استعمال پروٹون کے گرنے کی تلاش، قدرتی ذرائع سے نیوٹرینو کے مطالعے کے لیے کیا جائے گا اور یہ پہلے ارتعاش کی زیادہ سے زیادہ حد کے مطابق فاصلے پر ایکسلریٹر نیوٹرینو بیم کے ارتعاش کی پیمائش کے لیے فار ڈٹیکٹر کے طور پر کام کرے گا۔ طبیعیات ایکسلریٹر اور ماحولیاتی نیوٹرینو ارتعاش ایک کوانٹم مکینیکل رجحان ہے جس میں نیوٹرینو حرکت کرتے ہوئے اپنا ذائقہ بدلتے ہیں (نیوٹرینو ذائقے بیان کرتے ہیں:،،)، اس حقیقت کی وجہ سے کہ نیوٹرینو ذائقہ کی ریاستیں نیوٹرینو ماس اسٹیٹس (ν1، ν2، ν3 ماس اسٹیٹس بالترتیب ماس m1، m2، m3 کے ساتھ) کا مرکب ہیں۔ ارتعاش کے امکانات چھ نظریاتی پیرامیٹرز پر منحصر ہیں: تین اختلاط کے زاویے (θ12، θ23 اور θ13) جو کمیت اور ذائقہ کی حالتوں کے درمیان اختلاط کو کنٹرول کرتے ہیں، دو کمیت مربع فرق ( मुंदم م12 اور مدم م232، جہاں m2ij = m2i-m2j) اور δCP مرحلہ جو نیوٹرینو ارتعاش میں مادے-اینٹی میٹر کی عدم توازن کے لیے ذمہ دار ہے۔ ٹی 2 کے تجربے کے ذریعے کیے گئے مطالعات کو جاری رکھتے ہوئے، ایچ کے ڈٹیکٹر جے-پی اے آر سی میں پیدا ہونے والے بیم میں الیکٹران اور میوون نیوٹرینو کے انرجی سپیکٹر کی پیمائش تقریبا خالص میوون نیوٹرینو بیم کے طور پر کرے گا اور اس کا موازنہ قریب اور انٹرمیڈیٹ ڈٹیکٹرز کے ذریعے ناپی جانے والی بیم کی ساخت سے کرے گا۔ T2K/HK نیوٹرینو بیم کے لیے اوسط توانائی، J-PARC-HK ڈٹیکٹر کا فاصلہ پہلے ارتعاش زیادہ سے زیادہ سے مطابقت رکھتا ہے۔ پیمائش نیوٹرینو اور اینٹی نیوٹرینو بیم کے لیے الگ سے کی جائے گی، جس میں پی کے بارے میں معلومات فراہم کی جائیں گی، پی کے بارے میں معلومات فراہم کی جائیں گی، جہاں پی این اے کے بارے میں یہ امکان ہے کہ اصل میں ذائقہ α کے نیوٹرینو کو بعد میں ذائقہ β کے طور پر دیکھا جائے گا۔ نیوٹرینو اور اینٹی نیوٹرینو کے ظہور کے امکانات کا موازنہ (پی۔ بمقابلہ پی۔) δCP مرحلے کی پیمائش کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ δCP-π سے π (−180° سے 180° تک) تک ہوتا ہے، اور 0 اور ±π CP ہم آہنگی کے تحفظ سے مطابقت رکھتے ہیں۔ 10 سال کا ڈیٹا لینے کے بعد، HK سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ 5σ اعتماد کی سطح پر تصدیق کرے گا اگر ممکنہ δCP اقدار کے 57 ٪ کے لیے نیوٹرینو ارتعاش میں CP سمیٹری کی خلاف ورزی کی جاتی ہے۔ سی پی کی خلاف ورزی ابتدائی کائنات میں اینٹی میٹر پر مادے کی زیادتی پیدا کرنے کے لیے ضروری شرائط میں سے ایک ہے، جو اب ہماری مادے سے بنی کائنات کی تشکیل کرتی ہے۔ ایکسلریٹر نیوٹرینو کا استعمال دیگر ارتعاش پیرامیٹرز، |  मुंदم232 |، θ23 اور θ13 کی درستگی کو بڑھانے کے ساتھ ساتھ نیوٹرینو تعامل کے مطالعے کے لیے بھی کیا جائے گا۔ δm232 پیرامیٹر کی نامعلوم علامت صرف مادے میں نیوٹرینو کے پھیلاؤ کے دوران ظاہر ہوتی ہے۔ زمین کے ذریعے سفر کرنے والے ماحولیاتی نیوٹرینو کے HK تجرباتی مطالعے اور مختلف سمتوں سے HK ڈٹیکٹر میں داخل ہونے (زمین کے قطر تک مادے میں بیس لائن) کو اس کی پیمائش کے لیے استعمال کیا جائے گا۔ نیوٹرینو فلکیات اور جیو نیوٹرینو سپر نووا دھماکوں سے بڑی مقدار میں نیوٹرینو پیدا ہوتے ہیں۔ 10 کے پی سی کے فاصلے پر ایک کہکشاں سپرنووا کے لیے چند دسیوں سیکنڈ کے دوران ایچ کے ڈٹیکٹر میں تقریبا 50000 سے 94000 نیوٹرینو تعاملات متوقع ہیں۔ 0. 2 کے پی سی کے فاصلے پر بیٹیلجیوس کے لیے، یہ شرح 108 تعاملات فی سیکنڈ تک پہنچ سکتی ہے اور ڈٹیکٹر ڈی اے کیو سسٹم کے ڈیزائن کے دوران اس طرح کے متعدد واقعات کو مدنظر رکھا گیا۔ ایچ کے میں رجسٹرڈ واقعات کی تعداد اور ان کی اوسط توانائی کے ٹائم پروفائلز دھماکے کے ٹیسٹنگ ماڈلز کو قابل بنائیں گے۔ ایچ کے ڈٹیکٹر میں نیوٹرینو دشاتمک معلومات برقی مقناطیسی سپرنووا مشاہدے کے لیے ابتدائی انتباہ فراہم کر سکتی ہیں، ساتھ ہی ساتھ دیگر کثیر پیغام رساں مشاہدات میں بھی استعمال کی جا سکتی ہیں۔ کائنات کی پوری تاریخ میں سپرنووا دھماکوں سے مجموعی طور پر پیدا ہونے والے نیوٹرینو کو سپرنووا ریلیک نیوٹرینو (ایس آر این) یا ڈفیوز سپرنووا نیوٹرینو بیک گراؤنڈ (ڈی ایس این بی) کہا جاتا ہے اور وہ ستاروں کی تشکیل کی تاریخ کے بارے میں معلومات رکھتے ہیں۔ کم بہاؤ کی وجہ سے (چند دس/سینٹی میٹر 2/سیکنڈ۔ )، وہ ابھی تک دریافت نہیں ہوئے ہیں۔ دس سال کے ڈیٹا لینے کے لیے، HK سے توانائی کی حد 16-30 MeV کے لیے تقریبا 40 SRN واقعات کا پتہ لگانے کی توقع کی جاتی ہے۔ شمسی کے لیے، HK تجربے کے اہداف یعنی اے ہیں۔ : نیوٹرینو فلکس میں دن اور رات کی غیر متناسبیت کی تلاش کریں-جو مادے میں طے شدہ مختلف فاصلوں کے نتیجے میں ہوتی ہے (رات کے دوران نیوٹرینو ڈٹیکٹر میں داخل ہونے سے پہلے زمین کو عبور کرتے ہیں) اور اس طرح مادے کے اثر کی وجہ سے ہونے والے مختلف ارتعاش کے امکانات۔ 2 اور 7 MeV-یعنی کے درمیان نیوٹرینو توانائیوں کے بقا کے امکان کی پیمائش۔ خلا میں ارتعاش اور مادے میں ارتعاش کے غلبہ والے علاقوں کے درمیان، بالترتیب-جو طبیعیات کے نئے نمونوں، جیسے جراثیم سے پاک نیوٹرینو یا غیر معیاری تعاملات کے لیے حساس ہے۔ ہیپ چینل سے نیوٹرینو کا پہلا مشاہدہ: معیاری شمسی ماڈل کے ذریعہ پیش گوئی کی گئی۔ شمسی سرگرمی کے ساتھ نیوٹرینو بہاؤ کا موازنہ (مثال کے طور پر۔ 11 سالہ شمسی سائیکل)۔ جیو نیوٹرینو زمین کے اندر ریڈیو نیوکلائڈز کے سڑنے میں پیدا ہوتے ہیں۔ ہائپر-کامیوکانڈے جیو نیوٹرینو مطالعات سے زمین کی بنیادی کیمیائی ساخت کا اندازہ لگانے میں مدد ملے گی، جو جیومیگنیٹک فیلڈ کی نسل سے منسلک ہے۔ آزاد پروٹون کا ہلکے ذیلی جوہری ذرات میں انحطاط کبھی مشاہدہ نہیں کیا گیا ہے، لیکن اس کی پیش گوئی کچھ عظیم الشان متحد نظریات (جی یو ٹی) نے کی ہے اور کائنات میں اینٹی میٹر پر مادے کے غلبہ کی وضاحت کے لیے سب سے پہلے تجویز کیا گیا تھا۔ ایچ کے کے ذریعے زیر مطالعہ اہم چینلز، جن کو جی یو ٹی کے بہت سے ماڈلز پسند کرتے ہیں، وہ ہیں۔ دس سال کا ڈیٹا لینے کے بعد، HK سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ پروٹون کی اوسط عمر کی نچلی حد کو اس کے انتہائی حساس ڈیک چینل (→ +) کے لیے 1.6x1034 سے 6.3x1034 اور دوسرے ڈیک چینل (→ +) کے لیے 0.7x1034 سے 2.0x1034 تک بڑھا دے گا۔ تاریک مادہ مادے کی ایک فرضی، غیر برائٹ شکل ہے جو کہکشاؤں میں اضافی پوشیدہ کمیت کے وجود کی تجویز کرنے والے متعدد فلکیاتی مشاہدات کی وضاحت کے لیے تجویز کی گئی ہے۔ اگر تاریک مادے کے ذرات کمزور طور پر تعامل کرتے ہیں، تو وہ تباہی یا سڑنے کے ذریعے نیوٹرینو پیدا کر سکتے ہیں۔ وہ نیوٹرینو HK ڈٹیکٹر میں کشش ثقل کی بڑی صلاحیتوں جیسے کہ کہ کہکشاں کے مرکز، سورج یا زمین کی سمت سے نیوٹرینو کی زیادتی کے طور پر ایک آئسوٹروپک ماحولیاتی نیوٹرینو پس منظر پر نظر آسکتے ہیں۔ تجربے کی تفصیل ہائپر کامیوکانڈے تجربہ ایکسلریٹر نیوٹرینو بیم، نیئر ڈیٹیکٹرز کا ایک مجموعہ، انٹرمیڈیٹ ڈیٹیکٹر اور فار ڈیٹیکٹر (جسے ہائپر کامیوکانڈے بھی کہا جاتا ہے) پر مشتمل ہوتا ہے۔ فار ڈٹیکٹر خود پروٹون کے گرنے کی تلاش اور قدرتی ذرائع سے نیوٹرینو کے مطالعے کے لیے استعمال کیا جائے گا۔ جبکہ مذکورہ بالا تمام عناصر ایکسلریٹر نیوٹرینو آسلیشن اسٹڈیز کے لیے کام کریں گے۔ HK تجربہ شروع کرنے سے پہلے، T2K تجربہ ڈیٹا لینا ختم کر دے گا اور HK اپنی نیوٹرینو بیم لائن اور نیئر ڈیٹیکٹرز کے سیٹ پر قبضہ کر لے گا، جبکہ انٹرمیڈیٹ اور فار ڈیٹیکٹرز کو نئے سرے سے تعمیر کرنا ہوگا۔ نیوٹرینو بیم لائن نیئر ڈیٹیکٹرز انٹرمیڈیٹ ڈیٹیکٹر انٹرمیڈیٹ واٹر چیرنکوف ڈیٹیکٹر (آئی ڈبلیو سی ڈی) نیوٹرینو پروڈکشن پلیس سے کچھ 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 نیچے 1° سے اوپر 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۔ ہائپر-کامیوکانڈے فار ڈیٹیکٹر ہائپر-کامیوکانڈے ڈیٹیکٹر توچی بورا کان میں سپر-کامیوکانڈے (ایس کے) ڈیٹیکٹر کے جنوب میں، نیجوگو پہاڑ کی چوٹی کے نیچے، نیوٹرینو بیم سینٹر کے اسی آف محور زاویے (2.5 ڈگری) پر اور بیم پروڈکشن پلیس سے ایس کے کے برابر فاصلے () پر واقع ہوگا۔ ایچ کے ایک واٹر چیرنکوف ڈٹیکٹر ہوگا، جو ایس کے ڈٹیکٹر سے 5 گنا بڑا (258 ٹن پانی) ہوگا۔ یہ قطر اور اونچائی کا بیلناکار ٹینک ہوگا۔ ٹینک کے حجم کو 60 سینٹی میٹر چوڑے غیر فعال سلنڈریکل ڈھانچے کے ذریعے اندرونی ڈٹیکٹر (آئی ڈی) اور آؤٹر ڈٹیکٹر (او ڈی) میں تقسیم کیا جائے گا، جس کا بیرونی کنارہ عمودی سے 1 میٹر اور افقی ٹینک کی دیواروں سے 2 میٹر دور ہوگا۔ یہ ڈھانچہ آپٹیکل طور پر آئی ڈی کو او ڈی سے الگ کرے گا اور فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبز (پی ایم ٹی) کو اندر کی طرف آئی ڈی کی طرف اور باہر کی طرف او ڈی کی طرف دیکھے گا۔ شناختی کارڈ کے لیے ہماماتسو فوٹوونکس کے ذریعے آر12860 قسم کے 40000 تک قطر والے فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبز (پی ایم ٹی) اور تقریبا 1000 ملٹی پی ایم ٹی ماڈیولز (ایم پی ایم ٹی) ہوں گے۔ ہر ایم پی ایم ٹی ماڈیول انیس 3 انچ قطر کے فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبوں پر مشتمل ہوتا ہے جو واٹر پروف برتن میں بند ہوتے ہیں۔ او ڈی کو 8000 پی ایم ٹی تک کے آلات سے لیس کیا جائے گا اور یہ ڈٹیکٹر کے باہر سے داخل ہونے والے ذرات (خاص طور پر کائناتی شعاعی میوون) کے اندر ہونے والے تعاملات میں فرق کرنے کے لیے ویٹو کے طور پر کام کرے گا۔ ایچ کے ڈٹیکٹر کی تعمیر 2020 میں شروع ہوئی اور ڈیٹا اکٹھا کرنے کا آغاز 2027 میں متوقع ہے۔ جے-پی اے آر سی سے تقریبا 1100 کلومیٹر کے فاصلے پر کوریا میں دوسرا، یکساں پانی کا چیرنکوف ٹینک بنانے پر بھی غور کیا جاتا ہے، جو پہلے ٹینک کے 6 سال بعد کام کرے گا۔ تاریخ اور شیڈول ستمبر 1999:2000 میں پیش کیے گئے پہلے خیالات: "ہائپر-کامیوکانڈے" کا نام پہلی بار ستمبر 2011 میں استعمال کیا گیا: ایل او آئی جنوری 2015 جمع کرانا: ہائپر-کامیوکانڈے پروجیکٹ میں تعاون کے لیے دو میزبان اداروں: آئی سی آر اور کے ای کے کے ذریعے دستخط شدہ مفاہمت نامہ۔ ہائپر-کامیوکانڈے پروٹو-تعاون مئی 2018 کی تشکیل: ہائپر-کامیوکانڈے ڈیزائن رپورٹ ستمبر 2018:2019 فروری 2020 میں ایم ای ایکس ٹی سے سیڈ فنڈنگ مختص کی گئی: جاپانی ڈائیٹ مئی 2021 کے ذریعہ باضابطہ طور پر منظور شدہ پروجیکٹ: رسائی سرنگ کی کھدائی کا آغاز 2021: فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبوں کی بڑے پیمانے پر پیداوار کا آغاز فروری 2022: رسائی سرنگ کی تعمیر کی تکمیل اکتوبر 2023: مرکزی غار گنبد سیکشن 2027 کی تکمیل: ڈیٹا لینے کے نوٹوں کا متوقع آغاز ببلیوگرافی حوالہ جات بیرونی روابط ہائپر-کامیوکانڈے ویب سائٹ نیوٹرینو آبزرویٹریز فلکیاتی آبزرویٹریز جاپان میں