30 lat Super-Kamiokande i polski udział w eksperymencie
2026-07-09
Eksperyment Super-Kamiokande rozpoczął obserwacje 1 kwietnia 1996 roku. Trzydzieści lat później, 1 kwietnia 2026 roku, obchodził jubileusz swojego istnienia. Detektor, zbudowany 1000 metrów pod ziemią w kopalni Kamioka, w mieście Hida (prefektura Gifu, Japonia), od trzech dekad prowadzi badania neutrin oraz poszukiwania rozpadu protonu. Z okazji jubileuszu 23 maja 2026 roku w Toyamie odbyły się uroczyste obchody oraz sympozjum naukowe, w których uczestniczyło około 270 osób, w tym przedstawiciele japońskiego Ministerstwa Edukacji, Kultury, Sportu, Nauki i Technologii (MEXT), uniwersytetów, władz lokalnych, społeczności związanej z Kamioką oraz badacze reprezentujący międzynarodową współpracę Super-Kamiokande, w tym naukowcy z Wydziału Fizyki UW.
Od początku swojej działalności eksperyment przyczynia się do poznawania fundamentalnych właściwości Wszechświata i cząstek elementarnych poprzez precyzyjne obserwacje neutrin atmosferycznych i słonecznych, poszukiwania rozpadu protonu oraz nieprzerwane monitorowanie neutrin pochodzących z wybuchów supernowych.
Do najważniejszych osiągnięć Super-Kamiokande należy opublikowana w 1998 roku praca „Evidence for Oscillation of Atmospheric Neutrinos”. Na podstawie analizy danych odpowiadających 535 dniom pracy detektora (ekspozycja 33,0 kt·rok) wykazano zależny od kąta zenitalnego deficyt neutrin mionowych, zinterpretowany jako dowód oscylacji neutrin atmosferycznych. Publikacja ta stała się jedną z najbardziej wpływowych prac w historii fizyki neutrin, a odkrycie doprowadziło do przyznania prof. Takaaki Kajicie Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 2015 roku.
Od 2010 roku Super-Kamiokande pełni również funkcję dalekiego detektora eksperymentu T2K, rejestrując wiązki neutrin wysyłane z kompleksu akceleratorowego J-PARC w prefekturze Ibaraki, oddalonego o 295 km. Eksperyment pozostaje światowym liderem badań nad neutrinami, osiągając kolejne przełomowe wyniki, takie jak odkrycie pojawiania się neutrin elektronowych oraz uzyskanie pierwszych przesłanek wskazujących na łamanie symetrii CP, zjawiska, które może wyjaśnić, dlaczego we Wszechświecie dominuje materia nad antymaterią.
Kolejnym ważnym etapem rozwoju eksperymentu było uruchomienie w 2020 roku projektu SK-Gd. Dzięki rozpuszczeniu siarczanu gadolinu w ultraczystej wodzie detektora znacząco zwiększono skuteczność detekcji neutronów, a tym samym możliwości identyfikacji antyneutrin elektronowych. Rozwiązanie to istotnie rozszerzyło potencjał naukowy eksperymentu. Dzięki technologii SK-Gd naukowcy są obecnie bliscy pierwszej w historii obserwacji rozmytego tła neutrinowego pochodzącego od supernowych (Diffuse Supernova Neutrino Background, DSNB), neutrin wyemitowanych podczas niezliczonych wybuchów supernowych zachodzących na przestrzeni historii Wszechświata. Projekt SK-Gd stanowi zatem kolejny krok w badaniach nad ewolucją kosmosu.\
Równocześnie rozwijane są systemy monitorowania w czasie rzeczywistym, umożliwiające natychmiastowe wykrycie neutrin z wybuchu supernowej w naszej Galaktyce lub jej najbliższym otoczeniu. We współpracy z międzynarodowymi sieciami obserwacyjnymi Super-Kamiokande odgrywa istotną rolę w astronomii wieloaspektowej (multi-messenger astronomy), łączącej obserwacje neutrin z pomiarami fal elektromagnetycznych i innych sygnałów kosmicznych.W najbliższych latach eksperyment będzie nadal przesuwać granice nauki, wyjaśniając nieznane własności neutrin, zwiększając czułość poszukiwań rozpadu protonu, odkrywając mechanizmy supernowych oraz współpracując z detektorem następnej generacji, Hyper-Kamiokande.
Polski udział w Super-Kamiokande
Polska uczestniczy w eksperymencie Super-Kamiokande od początku jego działalności dzięki prof. Danucie Kiełczewskiej (1945–2016) z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. To jej inicjatywa i wieloletnie zaangażowanie umożliwiły włączenie polskich fizyków do jednej z najważniejszych międzynarodowych współprac badawczych w dziedzinie fizyki neutrin.
Szczególne znaczenie ma fakt, że w przełomowej publikacji z 1998 roku, przedstawiającej dowód oscylacji neutrin atmosferycznych, Uniwersytet Warszawski był jedynym europejskim ośrodkiem naukowym uczestniczącym w tych badaniach. Polska dołączyła do współpracy Super-Kamiokande jako trzeci kraj, po Japonii i Stanach Zjednoczonych.
Dzięki działalności prof. Danuty Kiełczewskiej polscy naukowcy od ponad trzech dekad współtworzą dorobek eksperymentu, prowadząc badania nad oscylacjami neutrin, neutrinami atmosferycznymi oraz neutrinami akceleratorowymi w eksperymencie T2K, a także rozwijając wieloletnią współpracę z japońskimi ośrodkami naukowymi.
Obecnie we współpracy Super-Kamiokande uczestniczy ośmioro badaczy z Polski. Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego reprezentują: dr Magdalena Posiadała-Zezula, dr Yashwanth Prabhu, dr Haradhan Adhikary, mgr Mariusz Girguś oraz Prithivraj Govindaraj, Narodowe Centrum Badań Jądrowych: dr Joanna Zalipska i dr hab. Justyna Łagoda, natomiast Uniwersytet Śląski reprezentuje dr Lakshmi S. Mohan. Polskim koordynatorem współpracy jest dr Magdalena Posiadała-Zezula, wychowanka prof. Danuty Kiełczewskiej. Polski wkład pozostaje szczególnie istotny w badaniach oscylacji neutrin atmosferycznych oraz neutrin akceleratorowych prowadzonych w ramach eksperymentu T2K.
Dorobek i doświadczenie zdobyte w ciągu trzydziestu lat funkcjonowania Super-Kamiokande będą kontynuowane i rozwijane w ramach programu Hyper-Kamiokande.