Hyper-Kamiokande: differenze tra le versioni

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L'esperimento Hyper-Kamiokande sarà situato in due luoghi:

* Il fascio di neutrini sarà prodotto nel complesso di acceleratori [[J-PARC]]<ref name="J-PARCWebSite">{{cite web|title=J-PARC website|url=https://j-parc.jp/c/en/}}</ref> ({{Coord|36.445|N|140.606|E|source:kolossus-dewiki|display=inline}}) e studiato dall'insieme di rivelatori vicini e intermedi situati nel villaggio di [[Tōkai (Ibaraki)|Tōkai]], nella prefettura di [[Prefettura di Ibaraki|Ibaraki]], sulla costa orientale del Giappone.<ref name="1805.04163"/>^:31 

* Il rivelatore principale, Hyper-Kamiokande (HK), è in costruzione sotto la vetta del monte [[Nijuugo]] nella città di [[Hida]], nella prefettura di [[Prefettura di Gifu|Gifu]], nelle [[Alpi giapponesi]] {{coord|36|21|20.105|N|137|18|49.137|E|region:JP-21_type:landmark|display=title}}({{coord|36|21|20.105|N|137|18|49.137|E|region:JP-21_type:landmark|display=inline|notes=<ref name="1805.04163"/>^:56}}). Il rivelatore HK sarà utilizzato per la ricerca di decadimenti di protoni, per studi sui neutrini provenienti da sorgenti naturali e servirà come rivelatore lontano per la misura delle oscillazioni dal fascio di neutrini di J-PARC alla distanza corrispondente al primo massimo di oscillazione.<ref name="1805.04163"/>^:53–56<ref name="hk_lodovico">{{cite journal| author = Francesca Di Lodovico (Queen Mary, U. of London) for the Hyper-Kamiokande collaboration| date = Sep 20, 2017| title = The Hyper-Kamiokande Experiment| url = https://inspirehep.net/literature/1625581| journal = J. Phys. Conf. Ser.| volume = 888| number = 1| pages = 012020| doi = 10.1088/1742-6596/888/1/012020|bibcode=2017JPhCS.888a2020D|doi-access=free}}</ref>

Sia l’esperimento nel suo complesso che il rivelatore si chiamano con lo stesso nome.

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Il confronto delle probabilità di apparizione di neutrini ed antineutrini permette di misurare la fase δ_CP. I valori di δ_CP variano da −π a +π (da −180° a +180°), e i valori di 0 e ±π corrispondono alla conservazione della simmetria di CP. In 10 anni di presa dati, ci si aspetta che HK possa rivelare che la simmetria di CP sia violata nelle oscillazioni di neutrino ad un [[Intervallo di confidenza|livello di confidenza]] di 5σ, o meglio, per il 57% dei possibili valori di δ_CP. La violazione di CP è una delle [[Bariogenesi|condizioni]] necessarie per produrre l’eccesso di materia sull’antimateria nell’Universo primordiale, per cui il nostro Universo è costituito da sola materia. I neutrini da acceleratore saranno anche utilizzati per migliorare la precisione degli altri parametri di oscillazione |∆m²₃₂|, θ₂₃ e θ₁₃, come anche permetteranno studi sulle interazioni di neutrino con la materia.<ref name="1805.04163"/>^:202–224 

Per determinare l’ordine delle masse dei neutrini (ovvero se l’autostato di massa ν₃ è più leggero o più pesante di ν₁ e ν₂), che equivale a misurare il segno del parametro ∆m²₃₂, le oscillazioni devono essere osservate mentre i neutrini attraversano la materia. Con il fascio di neutrini di HK (295 km, 0.6 GeV), gli [[Effetto Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein|effetti di materia]] sono piccoli. In aggiunta ai neutrini da acceleratore, l’esperimento HK è in grado di misurare i neutrini atmosferici, creati da [[raggi cosmici]] che interagiscono con l’atmosfera terrestre, producendo neutrini ed altre particelle. Questi neutrino sono prodotti in tutti i punti del globo, per cui HK ha accesso a neutrinoneutrini che hanno viaggiato attraverso una grande varietà di distanze attraverso la materia (da poche centinaia di metri fino al [[Raggio terrestre|diametro della Terra]]). Questi campioni di neutrinoneutrini atmosferici possono essere utilizzati per determinare il valore del segno del parametro ∆m²₃₂.<ref name="1805.04163"/>^:225–237

Infine l’analisi delle oscillazioni dei neutrinoneutrini da acceleratore ed atmosferici può fornire la misura più sensibile dei parametri δ_CP, |∆m²₃₂|, [[Funzione segno|segno]] di ∆m²₃₂, θ₂₃ e θ₁₃.<ref name="1805.04163"/>^:228–233

=== Astronomia di neutrini e geoneutrini ===

Le esplosioni di [[Supernova|supernovae]] core-collapse producono grandi quantità di neutrini. Ci si aspettano da 10 a 16 eventi di neutrini in HK per l’esplosione di una supernova nella [[Galassia di Andromeda|galassia Andromeda]]. Per una supernova galattica a una distanza di 10 [[Parsec|kpc]] sono previste circa 50000-94000 interazioni di neutrini in poche decine di secondi. Per [[Betelgeuse]] alla distanza di 0,2 kpc, ci si attendono fino a 10⁸ interazioni al secondo e una frequenza di eventi richiede una apposita progettazione del sistema di [[elettronica]] e [[acquisizione dati]] (DAQ) del rivelatore, in modo che nessun dato possa andare perso. Nel caso di una esplosione galattica i profili temporali del numero di eventi registrati a HK e la loro energia media consentirebbero di testare i diversi modelli di esplosione. Le informazioni direzionali dei neutrini nel rivelatore lontano HK possono fornire un allarme precoce per l'osservazione elettromagnetica della supernova e possono essere utilizzate in altre osservazioni [[Astronomia multi-messaggio|multi-messaggero]].<ref name="1805.04163"/>^:263–280<ref>{{cite journal| author = the Hyper-Kamiokande collaboration| date = Jan 13, 2021| title = Supernova Model Discrimination with Hyper-Kamiokande| arxiv = 2101.05269| url = https://inspirehep.net/literature/1840585| journal = Astrophys. J.| volume = 916| number = 1| pages = 15| doi = 10.3847/1538-4357/abf7c4| bibcode = 2021ApJ...916...15A| doi-access = free}}</ref>

I neutrini prodotti cumulativamente dalle esplosioni di supernova nel corso della storia dell'universo sono chiamati neutrini relici di supernova (SRN) o fondo di neutrini di supernova diffusa (DSNB) e trasportano informazioni sulla storia della formazione stellare. Il loro basso flusso (poche decine/cm²/sec.) non ha ancora permesso la loro scoperta. Con dieci anni di raccolta dati, si prevede che HK potrà rilevare circa 40 eventi SRN nell'intervallo di energia 16-30 MeV.<ref name="1805.04163"/>^:276–280<ref>{{cite journal| last1 = Yano| first1 = Takatomi| year = 2021| title = Prospects for neutrino astrophysics with Hyper-Kamiokande| url = https://inspirehep.net/literature/1930815| journal = PoS| volume = ICRC2021| issue = | pages = 1193| doi = 10.22323/1.395.1193| doi-access = free| hdl = 20.500.11850/589619| hdl-access = free}}</ref>

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Infine gli studi sui geoneutrini (i geoneutrini sono prodotti nei decadimenti dei [[Radionuclide|radionuclidi]] all'interno della Terra) di Hyper-Kamiokande aiuteranno a valutare la composizione chimica del [[Struttura interna della Terra|nucleo terrestre]], che è collegata alla generazione del [[campo geomagnetico]].<ref name="1805.04163"/>^:292–293

=== Decadimento protonicodei protoni ===

Il [[Decadimento del protone|decadimento]] di un [[protone]] in [[Particella subatomica|particelle subatomiche]] più leggere non è mai stato osservato, ma è previsto da alcune [[Teoria della grande unificazione|teorie della grande unificazione]] (GUT) e risulta dalla violazione del [[numero barionico]] (B). La [[Asimmetria barionica|violazione B]] è una delle condizioni necessarie per spiegare la predominanza della [[Materia (fisica)|materia]] sull'[[antimateria]] nell'[[Universo]]. I principali canali studiati da HK sono <math>p^+\to e^+ + \pi^0</math>, che è favorito da molti modelli GUT, e <math>p^+\to \bar\nu + K^+</math>, previsto da alcuni modelli teorici tra cui la [[supersimmetria]]. Dopo dieci anni di acquisizione dati, (nel caso in cui non si osservi alcun decadimento) si prevede che HK aumenti il limite inferiore della [[Decadimento esponenziale#Vita media|vita media]] del protone da <math>1.6\times 10^{34}</math> a <math>6.3\times 10^{34}</math> anni per il suo canale di decadimento più sensibile (<math>p^+\to e^+ + \pi^0</math>) e da <math>0.7\times 10^{34}</math> a <math>2.0\times 10^{34}</math> anni per il canale <math>p^+\to \bar\nu + K^+</math>.<ref name="1805.04163"/>^{:26–28,245–257}<ref>{{Cite journal |author1 = K. S. Babu | author2 = E. Kearns |author3 = U. Al-Binni | display-authors=2 |title = Baryon Number Violation |journal = Proceedings, 2013 Community Summer Study on the Future of U.S. Particle Physics: Snowmass on the Mississippi (CSS2013) |date = 2013-11-20 |___location = Minneapolis, MN, USA |arxiv = 1311.5285}}</ref>

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== Descrizione dell'esperimento ==

L'esperimento Hyper-Kamiokande consiste in un fascio di neutrini da acceleratore, un insieme di rivelatori vicini, il rivelatore intermedio e il rivelatore lontano (chiamato anche Hyper-Kamiokande). Prima dell’inizio dell'esperimento HK, l'esperimento T2K terminerà la raccolta dei dati e HK prenderà il controllo della sua linea di fascio di neutrini e del set di rivelatori vicini, mentre i rivelatori intermedi e lontani dovranno essere ricostruiti ex novo.<ref name="panic2021">{{cite web |last1=Vilela |first1=Cristovao |title=The status of T2K and Hyper-Kamiokande experiments |url=https://indico.lip.pt/event/592/contributions/3550/ |website=PANIC 2021 Conference |date=September 5–10, 2021 |access-date=2021-09-29 |archive-date=2021-09-29 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210929161023/https://indico.lip.pt/event/592/contributions/3550/ |url-status=live }}</ref>

=== Fascio di Neutrini ===

Verrà riutilizzato il [<nowiki/>[[https://it.wikipedia.org/wiki/T2K#Fascio_di_neutrini|fascio|fascio di neutrini di T2K]]], portato alla potenza di 1.3MW.

=== Rivelatori vicini ===

Verranno riutilizzati i [<nowiki/>[[https://it.wikipedia.org/wiki/T2K#Rivelatori_vicini_(Near_detectors,_ND)|rivelatori|rivelatori vicini di T2K]]].

[[File:Numu flux iwcd.png|thumb| Il flusso di neutrini muonici al rivelatore intermedio IWCD per diversi angoli off-axis]]