[科普中国]-超级神冈探测器

超级神冈探测器（英语：Super-Kamiokande，可缩写为Super-K或SK；日语：スーパーカミオカンデ），全名为超级神冈中微子探测实验（Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment），是日本东京大学在岐阜县飞驒市神冈町的茂住矿山一个深达1000米的废弃砷矿中建造的大型中微子探测器。其目标是探测质子衰变以及被设计来寻找太阳、地球大气的中微子，并观测银河系内超新星爆发。

简介超级神冈探测器（英语：Super-Kamiokande，可缩写为Super-K或SK；日语：スーパーカミオカンデ），全名为超级神冈中微子探测实验（Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment），是日本东京大学在岐阜县飞驒市神冈町的茂住矿山一个深达1000米的废弃砷矿中建造的大型中微子探测器。其目标是探测质子衰变以及被设计来寻找太阳、地球大气的中微子，并观测银河系内超新星爆发。1

描述超级神冈探测器位于飞驒市神冈町的茂住矿山1,000米（3,300英尺）的地下。之所以盖在如此深的地层中是因为要阻隔其他的宇宙射线讯号。该设施主要部分是一个高41.4米、直径39.3米的不锈钢圆柱形的容器，盛有5万吨100%的超纯水，光是填满就要两周时间。水箱容量被分成由一个直径为33.8米（111英尺）和高度为36.2米（119英尺）的不锈钢上层结构的内部探测器（ID）区，和包括其余结构的外部探测器（OD）区。容器的内壁上安装有11200个光电倍增管，用于探测高速中微子在水中通过时产生的切连科夫辐射。

探测器超级神冈（SK）是用来研究从不同的来源中微子切连科夫辐射的一个探测器，包括太阳，超新星，大气，和加速器的质子衰变。实验开始于1996年4月，并于2001年7月停车检修，这一段时期被称为“SK-I”阶段。由于在维修过程中发生意外事故，实验在2002年10月继续，只有原来一半数量的光电倍增管。为了防止再发生意外事故，所有的光电倍增管都被覆盖的纤维增强塑料（FRP）与丙烯酸的前窗。这一阶段是从2002年10月到2005年10月为整个重建而做另一次关闭的阶段，被称为“SK-II”阶段。2006年7月，实验恢复了光电倍增管的完整数目，并在2008年9月停止实验而做电子设备的升级。这一时期被称为“SK-III”阶段。2008年后的时期被称为“SK-IV”阶段。所有阶段和它们的主要特性汇总于表1。

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历史这台探测器最初名为“神冈核子衰变实验”（KamiokaNDE），于1982年开始建造，1983年完工，圆柱形容器高16米，直径15.6米，装有3000吨水和大约1000只光电倍增管，目的是探测粒子物理学中的一个基本问题——质子衰变。1985年，探测器开始进行扩建，名为神冈核子衰变实验II期（KamiokaNDE-II），灵敏度大大提高。1987年2月，神冈探测器与美国的探测器共同发现了大麦哲伦云中超新星1987A爆发时产生的中微子，这是人类首次探测到太阳系以外的天体产生的中微子。

尽管神冈探测器最初探测质子衰变的目标始终没有实现，但却可以接收来自太阳的中微子，并且测量其入射的方向，研究太阳中微子缺失问题。20世纪90年代，神冈观测台耗资一亿美元建造了更大的探测器，名为超级神冈探测器（Super-KamiokaNDE），它的探测物质增加到了 50000 吨高度纯净的水。一句话总结，探测器在各方面都有了长足的改进。超级神冈探测器于1996年开始观测，其后自1998年起，超级神冈探测器开始发布探测结果。1998年，超级神冈探测器的领导者、日本科学家小柴昌俊发表了测量结果，给出中微子振荡的首个确切证据，认为中微子在三种不同“味”之间是可以相互转换的，这也表明中微子是有质量的，而不是粒子物理标准模型中预言的零质量粒子。2002年，超级神冈探测器证实反应堆中产生的中微子发生了振荡。这个探测结果在中微子天文学和粒子物理学中具有里程碑式的意义，小柴昌俊因此获得2002年的诺贝尔物理学奖。

2001年11月12日，超级神冈探测器数千只光电倍增管由于连锁反应突然爆裂，随后工作人员重新排列了未损坏的光电倍增管，使其恢复了一部分工作能力，并加上了聚甲基丙烯酸甲酯保护壳，防止其进一步损坏。2005年7月到2006年6月，超级神冈探测器重新安装了6000只光电倍增管。1

诺贝尔物理学奖超级神冈探测器制造了数个诺贝尔物理学奖等级的成果，例如小柴昌俊（2002年）以及梶田隆章（2015年）。户冢洋二的贡献和梶田隆章相仿，但他在2008年去世，而诺贝尔奖不追认已经逝世的人。小柴、户冢、梶田三人为师徒关系，并为超级神冈探测器之共同创建者。

2015年10月6日，梶田隆章表示：“虽然结果上是我获得了诺贝尔奖...（中略）...我认为我的‘老师’的功劳更为重要。”韩国《朝鲜日报》指出，此处的“老师”就是已过世的户冢洋二。户冢被认为是“小柴最优秀的学生”。小柴昌俊曾表示，若户冢洋二能再多活十八个月，必能得奖。1

大众文化中的超级神冈探测器超级神冈探测器是德国摄影家安德列斯‧古尔斯基于2007年的作品《Kamiokande》之主题。该探测器亦成为美国科学纪录片《宇宙时空之旅》的主题之一。1

成果在1987年2月，一场超新星爆发SN1987A出现在大麦哲伦星系。在此次事件中，超级神冈探测器第一次侦测到超新星中微子。超级神冈探测器对这些中微子侦测到了11场事件。这次观测证实了超新星爆发理论的正确性，并开启了中微子天文学。

1998年，超级神冈探测器首次发现了中微子震荡的强烈证据，其观测到了μ子中微子转变为τ子中微子的现象，这显示中微子具有质量。梶田隆章在该年的“中微子物理学・宇宙物理学国际会议”上发表该结果，并因此研究获得2015年的诺贝尔物理学奖。1

参见小柴昌俊

梶田隆章

太阳中微子

中微子震荡

太阳中微子问题

SN 1987A超新星爆发

萨德伯里中微子观测站

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学