Hyper-Kamiokande
O Hyper-Kamiokande é o sucessor do Super-Kamiokande e está sendo construído atualmente na prefeitura de Gifu, no Japão. Com cerca de 258 000 toneladas de água, ele será o maior detector de seu tipo — aproximadamente o óctuplo de seu antecessor.
O tipo de construção
O princípio continua sendo o mesmo que esteve na base do Prêmio Nobel de 2015. Um grande tanque de água muito pura fica bem abaixo da superfície, sob uma montanha. Quando um neutrino atinge um elétron ou um núcleo atômico, surge uma partícula carregada que se move na água mais depressa que a luz nesse meio. Ela arrasta então atrás de si um cone de luz — radiação Cherenkov —, que desenha um anel na parede do tanque.
Da posição do anel segue-se a direção, de seu brilho a energia, de sua nitidez o tipo de partícula.
O tanque mede cerca de 68 metros de diâmetro e 71 metros de altura. Ele fica aproximadamente 600 metros abaixo do monte Nijuugo, a poucos quilômetros do local utilizado até agora.
Não apenas maior
O ganho não está apenas no volume. Os novos sensores de luz alcançam aproximadamente a dobrada sensibilidade de detecção dos tubos usados até agora e uma resolução temporal nitidamente melhor.
As duas coisas juntas significam: não apenas mais eventos, mas também eventos mais nítidos. A reconstrução de um evento fica mais exata, a distinção entre elétron e múon mais segura — e ambas são decisivas para a questão principal.
A questão principal: violação de CP
Como já no T2K, o detector será alvo de um feixe de neutrinos vindo do centro de aceleradores J-PARC, em Tokai, a 295 quilômetros de distância. A potência do feixe deve subir para 1,3 megawatt.
A pergunta é: neutrinos e antineutrinos se comportam de modo diferente?
Por trás disso está uma das maiores questões em aberto que existem. No Big Bang, matéria e antimatéria deveriam ter surgido em quantidades iguais e se aniquilado mutuamente sem deixar resto. Que exista matéria — e com ela estrelas, planetas e nós — exige uma assimetria. No setor dos quarks conhece-se uma, mas ela está longe de bastar.
O setor leptônico é o próximo lugar em que se procura. O T2K forneceu em 2020 os primeiros indícios; o Hyper-Kamiokande deve decidir a questão com significância de cinco desvios padrão.
O que mais o detector realizará
Supernovas. No caso de uma explosão estelar em nossa galáxia, a colaboração espera algumas dezenas de milhares de eventos em poucos segundos. Para comparação: a SN 1987A forneceu 24 no mundo inteiro. A partir de tal quantidade de dados seria possível acompanhar o colapso de um núcleo estelar quase como em um filme — segundo a segundo, com energias e direções.
Torna-se possível, além disso, a busca pelo fundo difuso de neutrinos de supernova, a soma de todas as explosões estelares na história do universo. Ela seria um olhar sobre a formação de estrelas ao longo de bilhões de anos.
Decaimento do próton. A questão com que os detectores de Kamioka outrora começaram permanece aberta. O Hyper-Kamiokande deve elevar o limite inferior do tempo de vida do próton em cerca de uma ordem de grandeza.
Neutrinos atmosféricos e solares. O detector continua funcionando também sem feixe e mede neutrinos atmosféricos bem como neutrinos solares com grande estatística. A partir da travessia pela Terra é possível ainda delimitar a ordem das massas dos neutrinos.
Dois caminhos para o mesmo objetivo
O Hyper-Kamiokande e o DUNE atacam as mesmas questões com técnicas diferentes: água contra argônio líquido, 295 contra 1 300 quilômetros de percurso.
Isso não é uma corrida, mas boa prática. Os dois arranjos têm fragilidades sistemáticas distintas — um é mais sensível ao efeito MSW na travessia pela crosta terrestre, o outro vê os eventos com mais detalhe. Se chegarem ao mesmo resultado, ele é sólido.
Situação
A escavação da caverna começou em 2021. Segundo o planejamento atual, a operação deve ser iniciada por volta do fim desta década. Participam várias centenas de pesquisadores de mais de vinte países.
Termos relacionados
- Super-Kamiokande — o antecessor
- DUNE — a contraparte americana
- T2K — o feixe vindo de Tokai
- Takaaki Kajita — Prêmio Nobel com o detector antecessor
Fontes
- Colaboração Hyper-Kamiokande: Hyper-Kamiokande Design Report, arXiv:1805.04163 (2018).