El Observatorio Kamioka , Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos (神 岡宇宙素 粒子研究施 設, Kamioka Uchū Soryūshi Kenkyū Shisetsu , pronunciación japonesa: [kamioka ɯtɕɯː soɾʲɯꜜːɕi keŋkʲɯː ɕiseꜜtsɯ] ) es un laboratorio de neutrinos y ondas gravitacionales ubicado bajo tierra en la mina de Kamiokaumi. Mining and Smelting Co. cerca de la sección Kamioka de la ciudad de Hida en la prefectura de Gifu , Japón. En el observatorio se ha llevado a cabo una serie de experimentos innovadores con neutrinos durante las últimas dos décadas . Todos los experimentos han sido muy grandes y han contribuido sustancialmente al avance de la física de partículas , en particular al estudio de la astronomía de neutrinos y la oscilación de neutrinos .
La mina Mozumi es una de las dos minas adyacentes propiedad de Kamioka Mining and Smelting Co. (una subsidiaria de Mitsui Mining and Smelting Co. Mitsui Kinzoku ). [1] : 1 La mina es famosa por ser el lugar de uno de los mayores envenenamientos masivos en la historia de Japón . De 1910 a 1945, los operadores de la mina liberaron cadmio de la planta de procesamiento al agua local. Este cadmio causó lo que los lugareños llamaban enfermedad de itai-itai . La enfermedad provocó el debilitamiento de los huesos y un dolor extremo.
Aunque las operaciones mineras han cesado, la planta de fundición continúa procesando zinc , plomo y plata de otras minas y reciclando. [1] : 2, 6–7
Si bien los experimentos actuales están todos ubicados en la mina Mozumi del norte, la mina Tochibora 10 km al sur [2] : 9 también está disponible. No es tan profundo, pero tiene rocas más fuertes [1] : 22, 24, 26 y es el sitio planeado para las cavernas Hyper-Kamiokande muy grandes. [2] [3] : 19
El primero de los experimentos de Kamioka se denominó KamiokaNDE para Kamioka Nucleon Decay Experiment . Era un gran detector de Čerenkov de agua diseñado para buscar la desintegración de protones . Para observar la desintegración de una partícula con una vida útil tan larga como un protón, un experimento debe realizarse durante mucho tiempo y observar una enorme cantidad de protones. Esto se puede hacer de manera más rentable si el objetivo (la fuente de los protones) y el detector en sí están hechos del mismo material. El agua es un candidato ideal porque es barata, fácil de purificar, estable y puede detectar partículas cargadas relativistas a través de su producción deRadiación de Čerenkov . Un detector de desintegración de protones debe estar enterrado bajo tierra o en una montaña porque el fondo de los muones de rayos cósmicos en un detector tan grande ubicado en la superficie de la Tierra sería demasiado grande. La tasa de muones en el experimento KamiokaNDE fue de aproximadamente 0,4 eventos por segundo, aproximadamente cinco órdenes de magnitud más pequeña de lo que hubiera sido si el detector se hubiera ubicado en la superficie. [4]
El patrón distintivo producido por la radiación de Čerenkov permite la identificación de partículas , una herramienta importante tanto para comprender la señal potencial de desintegración de protones como para rechazar los fondos. La identificación es posible porque la nitidez del borde del anillo depende de la partícula que produce la radiación. Los electrones (y por lo tanto también los rayos gamma ) producen anillos difusos debido a la dispersión múltiple de los electrones de baja masa. Los muones ionizantes mínimos , por el contrario, producen anillos muy afilados ya que su masa más pesada les permite propagarse directamente.