日本重要粒子加速器将重新启动

　　 2013年5月23日，位于距东京东北部110公里的东海村的日本质子加速器研究设施（J-PARC）发生故障，向强子实验装置中的金标靶发送了来自其50千兆电子伏特同步加速器的出乎意料的强烈质子脉冲。放射性气体“逃逸到”大厅和建筑物的外面。此次泄漏很轻微，工作人员接触到的放射剂量相当于医用X射线。同时，厂区内几乎探测不到放射物。然而，整个实验室由于安全升级被关闭，这使得一些研究小组受到沉重打击。

　　质子束为3个实验大厅服务。除了研究人员探寻奇异亚原子粒子的强子装置，第二个大厅关注的是材料和生命科学，第三个则致力于开展全球领先的中微子实验。一年前，生命科学和中微子实验重新启动。由于泄漏发生在强子大厅，因此它面临着更为严格的审查，并且在这里开展的试验遭受到更加严重的延迟。如果它能通过即将进行的最终安全审查，强子装置也应当很快恢复运行。

　　日本高能加速器研究机构（KEK）物理学家Shin’ya Sawada表示，停止强子研究两年“产生了很大的影响”。KEK位于筑波，和日本原子力开发研究机构共同管理J-PARC。“这是一个异常艰难的时期。”这台独一无二的设施能产生K中介子、π介子、μ介子和其他粒子，并将它们发送到一些专门建造的二次光束线。这些亚原子粒子事关宇宙大爆炸之后的瞬间原子核形成的核心问题。

　　当泄漏事故发生时，一些强子试验正在进行。一些团队能基于有限的数据发表研究成果，但其他团队就没有这么幸运了，包括计划中的对粒子衰变一种罕见形式的探寻。它或许能为物理学中最重要的未解之谜之一，即为何宇宙中的物质多于反物质提供线索。J-PARC已经为该试验建造了名为KOTO的光束线，旨在观察中性k中介子衰变成中性π介子和中微子对。这种衰变违背了物质和暗物质之间的对称性，即所谓的电荷—宇称（CP）对称性。根据预测，这种衰变极其罕见，因此观测结果将颠覆单独无法解释物质—反物质失衡的CP不守恒标准理论。

　　在接近10年的准备和仪器研发后，KOTO团队在2013年5月18日开始采集数据，而这是辐射泄漏使其被关闭的5天前。领导KOTO团队的大阪大学粒子物理学家Taku Yamanaka说，他们试图好好利用故障停机时间，比如建造另外一台排除背景噪音的探测器以及让博士生将论文关注点放在探测器研制上。Yamanaka表示，其他团队也正致力于相关主题的研究，但“我们没有任何直接的竞争者，所以情况还不错”。

　　参与从东海到神冈（T2K）中微子实验的科学家要幸运得多，尽管他们仍遭到了挫败。研究人员将来自同步加速器的质子束发送到石墨标靶，产生的中微子会在从J-PARC到往西295公里的超级神冈中微子探测器的路上加速。T2K在2010年开始采集收据，但在2011年东北地震后因为维修损失了1年时间。这项实验的主要目标是捕获μ中微子转变成飞行状态的电子中微子。这种现象被称为振荡，能为研究3种中微子极其微小的质量提供线索。T2K发言人、京都大学物理学家Tsuyoshi Nakaya表示，在泄漏事故发生时，累积的数据“已足够展示电子中微子的出现”。T2K研究人员在2013年宣布了这些在世界上属于首次的发现。

　　去年，由全新升级的直线加速器作为注入器的同步加速器重新启动。随后的5月，T2K开始重新采集数据。目前，该团队正在研究反中微子，以深入了解CP不守恒定律的另一方面。Nakaya介绍说，他们将在今年夏天宣布新的研究成果。不过，团队正在谨慎关注美国费米实验室在去年秋天启动、同样研究CP不守恒定律的NOνA试验。T2K物理学家Takashi Kobayashi表示，J-PARC的关停耽搁了日本项目，“使我们陷入同NOνA激烈的竞争中”。

　　调查人员认为，此次泄漏事故是强子试验大厅的设备故障和人为失误导致的。J-PARC已经增加了装置，将设备故障最小化。同时，在环绕光束线的辐射屏蔽装置上建立密封膜，并且安装了带有滤器的排气扇，以防止任何放射性气体逃逸到周边环境中。建设工作已经完成，在由一家独立机构开展安全审查后，最终的“绿灯”必须来自日本原子能监管委员会。

　　Yamanaka对于其中的耽搁保持着冷静的态度。他认为，重新恢复地方政府和公众的信任“是一件异常困难的事情”，但“我很高兴试验能重新启动”。