Hyper-Kamiokande
Hyper-Kamiokande es el sucesor de Super-Kamiokande y se está construyendo actualmente en la prefectura de Gifu, en Japón. Con unas 258 000 toneladas de agua será el mayor detector de su tipo constructivo — aproximadamente ocho veces su predecesor.
El tipo constructivo
El principio sigue siendo el mismo en el que se basó el Premio Nobel de 2015. Un gran tanque de agua muy pura se halla a gran profundidad bajo una montaña. Si un neutrino alcanza un electrón o un núcleo atómico, surge una partícula cargada que se mueve en el agua más deprisa que la luz en ese medio. Arrastra entonces tras de sí un cono de luz — la radiación Cherenkov —, que dibuja un anillo en la pared del tanque.
De la posición del anillo se sigue la dirección; de su luminosidad, la energía; de su nitidez, la clase de partícula.
El tanque mide unos 68 metros de diámetro y 71 metros de altura. Se encuentra a unos 600 metros bajo el monte Nijuugo, a pocos kilómetros del emplazamiento anterior.
No solo mayor
La ganancia no reside únicamente en el volumen. Los nuevos sensores de luz alcanzan aproximadamente el doble de sensibilidad de detección que los tubos anteriores y una resolución temporal claramente mejor.
Ambas cosas juntas significan: no solo más sucesos, sino también más nítidos. La reconstrucción de un suceso resulta más precisa, la distinción entre electrón y muón más segura — y ambas cosas son decisivas para la pregunta principal.
La pregunta principal: la violación CP
Como ya ocurría con T2K, el detector será el blanco de un haz de neutrinos procedente del centro de aceleradores J-PARC en Tokai, a 295 kilómetros de distancia. La potencia del haz debe subir hasta 1,3 megavatios.
La pregunta es: ¿se comportan los neutrinos y los antineutrinos de manera distinta?
Detrás se halla una de las mayores preguntas abiertas que existen. En el Big Bang, la materia y la antimateria deberían haber surgido en igual cantidad y haberse aniquilado mutuamente por completo. Que haya materia — y con ella estrellas, planetas y nosotros — exige una asimetría. En el sector de los quarks se conoce una, pero ni de lejos basta.
El sector leptónico es el siguiente lugar en el que se busca. T2K aportó en 2020 los primeros indicios; Hyper-Kamiokande debe decidir la cuestión con una significación cinco veces mayor.
Qué más aportará el detector
Supernovas. Ante una explosión estelar en nuestra galaxia, la colaboración espera algunas decenas de miles de sucesos en cuestión de segundos. A modo de comparación: SN 1987A proporcionó en todo el mundo 24 en total. Con semejante volumen de datos, el colapso del núcleo de una estrella se podría seguir casi como en una película — segundo a segundo, con energías y direcciones.
Se hace posible además la búsqueda del fondo difuso de neutrinos de supernova, la suma de todas las explosiones estelares en la historia del universo. Sería una mirada a la formación de estrellas a lo largo de miles de millones de años.
Desintegración del protón. La pregunta con la que en su día comenzaron los detectores de Kamioka sigue abierta. Hyper-Kamiokande debe elevar en torno a un orden de magnitud el límite inferior de la vida media del protón.
Neutrinos atmosféricos y solares. El detector sigue trabajando también sin haz y mide neutrinos atmosféricos y neutrinos solares con gran estadística. Del paso a través de la Tierra se puede acotar además el orden de las masas de los neutrinos.
Dos caminos hacia la misma meta
Hyper-Kamiokande y DUNE abordan las mismas preguntas con técnicas distintas: agua frente a argón líquido, 295 frente a 1 300 kilómetros de trayecto.
No es una carrera, sino buena práctica. Ambas disposiciones tienen debilidades sistemáticas distintas — una es más sensible al efecto MSW durante el paso por la corteza terrestre, la otra ve los sucesos con más detalle. Si llegan al mismo resultado, este es sólido.
Estado
La excavación de la caverna comenzó en 2021. Según la planificación actual, el funcionamiento debe iniciarse hacia finales de esta década. Participan varios centenares de investigadoras e investigadores de más de veinte países.
Términos relacionados
- Super-Kamiokande — el predecesor
- DUNE — la contraparte estadounidense
- T2K — el haz procedente de Tokai
- Takaaki Kajita — Premio Nobel con el detector predecesor
Fuentes
- Colaboración Hyper-Kamiokande: Hyper-Kamiokande Design Report, arXiv:1805.04163 (2018).