在公路休息區接觸尖端科技:培養兩名諾貝爾獎得主的「飛驒宇宙科學館 神岡實驗室」­

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位於岐阜縣飛騨市神岡町的「神岡宇宙巨蛋」,是一個很特別的公路休息區——在這裡,除了可以休息、吃飯,還能順便學一下宇宙物理學。與休息站建在一起的科學展館「神岡實驗室」裡,展示著日本引以為傲的超級神岡探測器方面的科學內容。

「神岡探測器」名稱的由來

神岡町曾是一座繁榮的礦山之城,殘留著充滿昭和氣息的復古街景,近年來已成為人氣很旺的漫步景點。前來觀光的遊客和開車去中部山嶽國立公園兜風的人們,大致都要在「神岡宇宙巨蛋」休息站逗留。在這個休息站裡,有一座和休息站完全不搭界的建築。那就是能夠接觸到最尖端宇宙物理學的「飛驒宇宙科學館 神岡實驗室」。


公路休息站「神岡宇宙巨蛋」。左邊的圓頂建築就是神岡實驗室


神岡實驗室的入口處。可以免費參觀

科學研究設施「神岡探測器(KAMIOKANDE)」「超級神岡探測器」雖然名稱奇特,但因小柴昌俊和梶田隆章分別於2002年和2015年獲得諾貝爾物理學獎而聞名全世界。機構名稱「KAMIOKANDE(神岡探測器)」,是以所在地名「KAMIOKA(神岡)」加上「Nucleon Decay Experiment(核衰變實驗)」的首字母組合而成。當初建造神岡探測器的目的,就是為了驗證「質子衰變」。但由於完全沒能觀測到質子衰變,主導研究的小柴昌俊就將研究方向轉向觀測微中子。結果捕捉到了超新星爆發,這也使得其本人獲得了諾貝爾獎。

梶田隆章利用後續建造的設施「超級神岡探測器」發現了「微中子振動」。由於建築設施容積增加了10倍,觀測資料也倍增,所以在設施名稱前面加了個「超級(super)」。用英語表述的名稱定為「Super-KAMIOKA Neutrino Detection Experiment(微中子檢測實驗)」,含義與研究目的一致。


可以與諾貝爾獎得主梶田博士合影的一角

普通人很難理解超級神岡探測器的工作機制和微中子概念。因為探測器本身仍在運轉,即使想實地參觀,時間和人數也受到限制。為此,神岡町建造了神岡實驗室,借此向大眾簡明易懂地介紹這座引以為傲的宇宙研究基地的作用和魅力。


在神岡實驗室,無論大人還是小孩都能快樂學習


在巨大的劇場「wondership」裡,可以拍攝如同置身於超級神岡探測器內部的紀念照

研究獲得諾獎離不開神岡町支持

微中子是不帶電的基本粒子,太陽等恒星會持續釋放,宇宙射線與地球大氣碰撞時也會產生。特別是當恒星到達壽命末期發生超新星爆炸時會大量釋放。也就是說,宇宙中到處都有微中子。


微中子品質不到電子的百萬分之一,以幾乎等同光速的速度飛行,無論什麼東西都能穿透。實際上,我們的身體每秒也被數百兆個微中子穿過。微中子在極其偶然的情況下會與物質發生碰撞,並發出微弱的光。超級神岡探測器就是設計用來捕獲微中子的。


這個展示通過遊戲方式説明人們理解微中子穿透一切的特性


牆壁和柱子的展板上,用淺顯易懂的方式解說「超級神岡探測器」和「微中子」等內容

超級神岡探測器,是一個儲存著5萬噸超純水的巨大圓柱狀水槽,其內側安裝著11129根光電增倍管。每天大約有20個來自太陽的微中子和10個在大氣中產生的微中子與超純水發生反應。通過捕捉反應產生的切連科夫輻射光,來測定這些微中子飛來的方向和能量。據說,根據其結果,可以探知宇宙的歷史和現狀,甚至可以瞭解星球內部的情況。


可以參觀設施建設時的情形,看到光電增倍管的實物


光電增倍管實物以與超級神岡探測器內水槽裡相同的間隔排列開來


神岡實驗室裡即時顯示著超級神岡探測器觀測到的資料

為了觀測微中子,必須盡可能排除那些在大氣中飛來飛去的其他基本粒子的干擾,所以要把研究設施建造在厚厚的岩盤之下。而神岡礦山有從山頂通達地下1000公尺的坑道可供利用,也有乾淨的水源,作為選址再合適不過了。

神岡實驗室的陳列展最後部分展示著小柴昌俊等名人的簽名寄語。梶田隆章在其中表達了對神岡町的謝意,「感謝多年來對我們研究的大力支持。」預計到2027年,這裡將建成擁有26萬噸超大水槽的「頂級神岡探測器」,規模是現有的5倍以上。屆時也許會有更重大發現,從神岡町向全世界發佈。


神岡礦山是宇宙研究的重要基地,除了擁有超級神岡探測器之外,還有微中子探測器「KamLAND」、大型低溫引力波望遠鏡「KAGRA」等設備


神岡實驗室裡門板上的名人簽名寄語

日本飛驒宇宙科學館 神岡實驗室

地址:岐阜縣飛騨市神岡町夕陽丘6 開館時間:上午9點至下午5點(下午4時30分停止入館) 閉館日:星期三(逢假日順延至下個工作日),12月29日至1月3日 門票:免費

採訪、撰文、攝影:nippon.com編輯部