Dağın altında 50 milyon litre saf su içeren dev rezerv var: Daha büyüğünü de yapacaklar

Japonya’nın Gifu eyaletine bağlı Hida şehrindeki Kamioka madeninin 1.000 metre altında yer alan Super-Kamiokande 1996 yılından bu yana nötrino fiziği ve evrenin temel yapı taşlarına yönelik araştırmalarını sürdürüyor. Tokyo Üniversitesi bünyesinde işletilen tesis; güneş, atmosfer ve yapay kaynaklı nötrinoları incelemenin yanı sıra süpernova izleri ile proton bozunması hipotezini gözlemliyor.

Super-Kamiokande 39,3 metre çapında ve 41,4 metre yüksekliğinde silindirik paslanmaz çelik tanktan oluşuyor. İçi 50.000 ton (yaklaşık 50 milyon litre) ultra saf suyla dolu olan tesisin iç ve dış duvarlarında 13.000’e yakın fotoçoğaltıcı tüp (PMT)  var.

Işığı kırabilecek veya sensörlerde gürültü yaratabilecek unsurlardan arındırılan bu son derece saf su iyon yoğunluğunun düşüklüğü nedeniyle temas ettiği malzemenin çözünme süreçlerini hızlandırıcı etki gösteriyor. Sistem 2020 yılında başlatılan SK-Gd projesi kapsamında ortama eklenen gadolinyum sülfat bileşiğine rağmen nötron tespit kapasitesini artıran sirkülasyon ve filtreleme işlemlerini sürdürüyor.

Doğrudan gözlemlenemeyen nötrinoların tespiti parçacıkların su atomlarıyla girdiği nadir etkileşimler üstünden gerçekleşiyor. Etkileşim sonucu suda ışık hızını aşan yüklü parçacıklar oluşturan Cherenkov radyasyonu (ışık konileri) duvarlardaki PMT sensörleri tarafından kaydediliyor. Elde edilen verilerle olayın yönü, enerjisi ve parçacık türü hesaplanıyor.

Tesisin yerin 1.000 metre altında olmasının amacı kozmik ışınların yüzeyde oluşturduğu arka plan gürültüsünü engellemek. Dağ kütlesi kozmik ışınları engellerken maddelerle etkileşimi son derece düşük olan nötrinolar engelden geçerek dedektöre ulaşıyor.

Super-Kamiokande’de 1998 yılında yapılan gözlemler atmosferik nötrinoların yolculuk sırasında “çeşit” (flavor) değiştirdiğini (nötrino salınımı) ortaya koydu. Nötrinoların kütlesiz olduğunu varsayan klasik standart modelle çelişen ve bu parçacıkların kütleye sahip olduğunu kanıtlayan keşif, Takaaki Kajita ve Arthur B. McDonald’a 2015 Nobel Fizik Ödülü’nü getirdi. Tesis J-PARC hızlandırıcısından gönderilen parçacıkları ve süpernova patlamalarını izlemeyi de sürdürüyor.

Super-Kamiokande’nin ardından aynı bölgede daha büyük kapasiteli Hyper-Kamiokande gözlemevinin inşasına devam ediliyor. 68 metre çapında ve 71 metre derinliğinde planlanan yeni tesis 260.000 ton toplam su kapasitesine ve Super-Kamiokande’den 8,4 kat büyük efektif analiz hacmine (190.000 ton) sahip olacak.

Tesis için yürütülen kazı çalışmaları 31 Temmuz 2025 tarihinde tamamlandı. Resmi takvime göre 2026 yılında tank inşası ve sensör kurulumlarına geçilecek; tankın doldurulması ve devreye alınması 2027 sonunda gerçekleşecek. Geniş çaplı bilimsel veri toplama sürecinin ise 2028 yılında başlaması planlanıyor.

Hyper-Kamiokande nötrino ve karşıt-nötrino davranışlarındaki CP ihlali farklarını inceleyerek evrendeki madde-antimadde dengesizliğini araştırmayı, proton bozunmasını aramayı ve yakın süpernova patlamalarındaki nötrino akışını izlemeyi hedefliyor.