据《日本经济新闻》7月20日报道，在日本岐阜县建设中的下一代观测设施“顶级神冈探测器”（Hyper-Kamiokande），定于2028年投入运行。其备受期待的研究目标之一，是首次捕捉到构成万物的基本粒子——质子发生衰变的现象，即“质子衰变”。如果观测成功，将为解释宇宙起源等根本问题的理论奠定基石。这项由初代“神冈探测器”延续下来的研究，有望迎来第三次获得诺贝尔奖的荣耀。

今年6月，负责运营“顶级神冈探测器”的东京大学宇宙线研究所向外界展示了设施。从2026年起，研究人员将开始在地下巨大空洞中安装观测设备。东京大学教授盐泽真人表示：“这将是全球规模最大、专门‘监视’质子的超级设施。”

质子是构成原子、进而组成各种物质的微小粒子。东京大学等机构计划利用“顶级神冈探测器”，实现质子衰变的全球首次观测。其终极目标，是确立能够解释宇宙诞生机制的“大统一理论”。

根据现有理论，约138亿年前宇宙诞生之初，曾发生“大爆炸”。在此前后，自然界存在的引力等四种基本力和构成物质的最小单元——基本粒子相继产生。

为了理解基本粒子的行为，从而解释自然和宇宙的构成，科学家们在20世纪70年代中期建立“标准理论”。该理论成功预言目前已确认存在的17种基本粒子。

然而，最新的粒子物理实验和宇宙观测结果，出现了一些超出“标准理论”解释范围的现象。例如，“标准理论”仅能解释宇宙中约5%的物质和能量。

科学家们寄望于“大统一理论”来揭开这些“标准理论”无法解释的谜团。东京大学基本粒子物理国际研究中心名誉教授森俊则指出：“‘大统一理论’有可能阐明宇宙的诞生机制、物质存在的根本原因等深层问题。”

“大统一理论”试图统一解释四种基本力中的三种力：产生电磁性质的“电磁力”、束缚原子核的“强相互作用力”和涉及放射性衰变的“弱相互作用力”。该理论认为，在宇宙诞生初期极端高温的状态下，这三种力曾一度融合为一种“原始力”。而在这种状态下，“标准理论”中认为稳定的质子也无法存在，必然会发生衰变。

因此，“大统一理论”预言质子具有寿命。如果“顶级神冈探测器”能观测到质子衰变，就能为这一理论提供证据，甚至可能证实与宇宙大爆炸相关的“原始力”的存在。

更进一步，如果“大统一理论”得到证实，我们还能解释为何存在多种基本粒子，并有望深入探究基本粒子的演化和物质的起源。

“顶级神冈探测器”将使用一个蓄满约19万吨纯水的巨大水箱来观测质子，其水量相当于约400个25米标准泳池。组成水分子的氧原子和氢原子都含有质子。水箱中质子的数量将达到惊人的10的35次方个，预计每年可能探测到约一次质子衰变事件。森名誉教授强调：“质子衰变的发现对科学界影响巨大，一旦观测成功，绝对是诺贝尔奖级别的突破。”

“顶级神冈探测器”是继“神冈探测器”（Kamiokande）和“超级神冈探测器”（Super-Kamiokande）之后的第三代设施。前两代设施因在中微子研究上的突破性成果已两度摘得诺贝尔物理学奖。

为了迎接观测挑战，“顶级神冈探测器”对其水箱内安装的光传感器进行了升级。这些传感器的灵敏度提高了一倍，以更好地捕捉质子衰变时产生的微弱闪光，同时有效抑制了背景干扰因素。负责传感器研发制造的浜松光子学公司电子管事业部部长永井正太表示：“理论上，我们已达到了足以探测质子衰变闪光的水平。”（编译/沈红辉）