Pod koniec lipca w Japonii zakończono trwające niemal trzy lata drążenie gigantycznej groty w skale macierzystej. To nie zwykła jaskinia – to serce jednego z najbardziej ambitnych eksperymentów fizycznych XXI wieku. W tej imponującej przestrzeni, głęboko pod ziemią, powstaje Hyper-Kamiokande – największy na świecie detektor neutrin. W jego budowę i naukowe funkcjonowanie aktywnie zaangażowane jest także Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ).
Hyper-Kamiokande to potężne obserwatorium neutrinowe, którego celem jest odpowiedź na fundamentalne pytania współczesnej fizyki. Eksperyment prowadzony jest przez Uniwersytet Tokijski oraz instytut KEK, we współpracy z ponad 600 naukowcami z 22 krajów. Wśród nich znajduje się silna reprezentacja Polski – aż dziewięć instytucji naukowych współtworzy projekt, a koordynatorem działań krajowych jest NCBJ.
Ogromna przestrzeń w kształcie walca zwieńczonego kopułą, w której powstaje detektor, ma blisko 100 metrów wysokości i 70 metrów średnicy. Znajduje się 600 metrów pod powierzchnią ziemi – głębokość ta ma kluczowe znaczenie, ponieważ chroni detektor przed promieniowaniem kosmicznym, zakłócającym pomiary. Sam zbiornik zostanie wypełniony 260 kilotonami ultraczystej wody, a jego wnętrze pokryją tysiące czujników światła – fotopowielaczy.
Detektor będzie wykorzystywał zjawisko promieniowania Czerenkowa do rejestracji cząstek naładowanych powstających w wyniku oddziaływań neutrin z elektronami w wodzie. Gdy takie cząstki poruszają się szybciej niż światło w wodzie, emitują błękitne promieniowanie Czerenkowa – swoisty „optyczny grzmot”, który można zarejestrować i przeanalizować. Dzięki temu możliwe jest odtworzenie właściwości neutrina – jednej z najbardziej zagadkowych cząstek we Wszechświecie.
Celem naukowców jest nie tylko obserwacja neutrin ze źródeł naturalnych, takich jak Słońce czy supernowe, ale także badanie asymetrii między materią a antymaterią (tzw. łamania symetrii CP) oraz poszukiwanie dowodów na rozpad protonów. Odkrycie tego ostatniego byłoby rewolucją w fizyce, mogącą potwierdzić Teorię Wielkiej Unifikacji – hipotezę łączącą trzy podstawowe oddziaływania fizyczne w jedną spójną teorię.
Polscy naukowcy odgrywają w tym projekcie niebagatelną rolę. Specjaliści z NCBJ są odpowiedzialni m.in. za konstruowanie i testowanie elementów systemu detekcyjnego, tworzenie narzędzi do rekonstrukcji ścieżek cząstek, a także za budowę dedykowanego akceleratora elektronów – urządzenia, które będzie dostarczać do wnętrza zbiornika wiązki kalibracyjne o ściśle kontrolowanej energii. To dzięki nim możliwe będzie precyzyjne skalibrowanie całego układu – kluczowe dla poprawności wyników naukowych.
NCBJ nie tylko opracowuje koncepcję akceleratora, ale także samodzielnie go zbuduje. To ogromne wyzwanie technologiczne, które wymaga pełnej kontroli nad energią, położeniem i kształtem wiązki. Wykorzystane zostanie doświadczenie z wcześniejszych projektów – w tym udziału w budowie komponentów dla CERN czy przy modernizacji reaktora MARIA.
Udział Polski w Hyper-Kamiokande jest finansowany m.in. z grantu Ministerstwa Edukacji i Nauki, który w latach 2022–2027 zapewnia ponad 67 milionów złotych na realizację krajowych zadań związanych z eksperymentem. W ramach projektu, oprócz NCBJ, biorą udział m.in. Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Uniwersytet Jagielloński, Uniwersytet Warszawski, Politechnika Warszawska oraz Centrum Astronomiczne im. M. Kopernika PAN.
Start naukowy Hyper-Kamiokande planowany jest na koniec 2027 roku. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, już za kilka lat z głębin Japonii mogą popłynąć przełomowe dane, które pozwolą nam lepiej zrozumieć, skąd pochodzi materia, dlaczego istnieje Wszechświat – i czy to, co dziś nazywamy naukową rzeczywistością, to dopiero początek jeszcze głębszych odkryć.
W tym gigantycznym przedsięwzięciu Polska nie tylko bierze udział. Polska jest jego częścią.
fot: Hyper-Kamiokande
