سوبر كاميوكاندي

في المراحل السابقة، كانت أنابيب التضخيم الضوئي التناظرية (ID-PMTs) تعالج الإشارات بواسطة وحدات إلكترونية مخصصة تُسمى وحدات التوقيت التناظرية (ATMs). تحتوي هذه الوحدات على محولات الشحنة إلى تناظرية (QAC) ومحولات الزمن إلى تناظرية (TAC)، بنطاق ديناميكي يتراوح من 0 إلى 450 بيكو كولوم (pC) بدقة 0.2  بيكو كولوم للشحنة، ومن -300 إلى 1000  نانو ثانية بدقة 0.4  نانو ثانية للزمن. يوجد زوجان من محولات QAC/TAC لكل إشارة دخل من أنبوب التضخيم الضوئي، مما يمنع حدوث زمن ميت ويسمح بقراءة عدة ضربات متتالية قد تنشأ، على سبيل المثال ، من الإلكترونات الناتجة عن تحلل الميونات المتوقفة. ^{[ 22 ]}

تم تحديث نظام SK في سبتمبر 2008 للحفاظ على استقراره خلال العقد التالي وتحسين إنتاجية أنظمة جمع البيانات، وهي إلكترونيات تعتمد على محول الشحنة إلى الزمن مع الإيثرنت (QBEE). ^{[ 23 ]} يوفر نظام QBEE معالجة إشارات عالية السرعة من خلال دمج مكونات متسلسلة. تشمل هذه المكونات محول شحنة إلى زمن (QTC) مُصمم خصيصًا على شكل دائرة متكاملة خاصة بالتطبيقات (ASIC)، ومحول زمن إلى رقمي متعدد المراحل (TDC)، ومصفوفة بوابات قابلة للبرمجة ميدانيًا (FPGA). ^{[ 24 ]} يحتوي كل مدخل من مداخل QTC على ثلاثة نطاقات كسب: "صغير" و"متوسط" و"كبير"، وتُبين دقة كل نطاق في الجدول. ^{[ 22 ]}

لكل نطاق، يتم إجراء التحويل من تناظري إلى رقمي بشكل منفصل، ولكن النطاق المستخدم هو النطاق ذو أعلى دقة غير مشبعة. يبلغ النطاق الديناميكي الإجمالي للشحنة في QTC من 0.2 إلى 2500  بيكوكولوم، أي خمسة أضعاف النطاق في الإصدار السابق. تبلغ دقة الشحنة والتوقيت في QBEE على مستوى الإلكترون الضوئي الواحد 0.1 إلكترون ضوئي و0.3  نانوثانية على التوالي، وكلاهما أفضل من الدقة الذاتية لأنابيب التضخيم الضوئي (PMTs) مقاس 20 بوصة المستخدمة في SK. يحقق QBEE خطية شحنة جيدة على نطاق ديناميكي واسع. تبلغ خطية الشحنة المتكاملة للإلكترونيات أفضل من 1%. تم ضبط عتبات المميزات في QTC على -0.69  ملي فولت (ما يعادل 0.25 إلكترون ضوئي، وهو نفس ما هو عليه في SK-III). تم اختيار هذه العتبة لمحاكاة سلوك الكاشف خلال مراحله السابقة القائمة على ATM. ^{[ 22 ]}

Gadolinium was introduced into the Super-Kamiokande water tank in 2020 in order to distinguish neutrinos from antineutrinos that arise from supernova explosions.^[21][25] This is known as the SK-Gd project (other names include SuperKGd, SUPERK-GD, and similar names).^[26] In the first phase of the project, 1.3 tons of a Gd salt (gadolinium sulfate octahydrate, Gd(SO₄)₃⋅(H₂O)₈) were added to the ultrapure water in 2020, giving 0.02% (by mass) of the salt. This amount is about a tenth of the planned final target concentration.^[21][25]

Nuclear fusion in the Sun and other stars turns protons into neutrons with the emission of neutrinos. Beta decay in the Earth and in supernovas turns neutrons into protons with the emission of anti-neutrinos. The Super-Kamiokande detects electrons knocked off a water molecule producing a flash of blue Cherenkov light, and these are produced both by neutrinos and antineutrinos. A rarer instance is when an antineutrino interacts with a proton in water to produce a neutron and a positron.^[27]

Gadolinium has an affinity for neutrons and produces a bright flash of gamma rays when it absorbs one. Adding gadolinium to the Super-Kamiokande allows it to distinguish between neutrinos and antineutrinos. Antineutrinos produce a double flash of light about 30 microseconds apart, first when the neutrino hits a proton and second when gadolinium absorbs a neutron.^[25] The brightness of the first flash allows physicists to distinguish between low-energy antineutrinos from the Earth and high-energy antineutrinos from supernovas. In addition to observing neutrinos from distant supernovas, the Super-Kamiokande will be able to set off an alarm to inform astronomers around the world of the presence of a supernova in the Milky Way within one second of it occurring.

كان التحدي الأكبر هو إمكانية ترشيح مياه الكاشف باستمرار لإزالة الشوائب دون إزالة الغادولينيوم في الوقت نفسه. تم تركيب نموذج أولي يزن 200 طن، يُسمى EGADS، مزود بكبريتات الغادولينيوم، في منجم كاميوكا، وعمل لسنوات. توقف تشغيله في عام 2018، وأظهر أن نظام تنقية المياه الجديد قادر على إزالة الشوائب مع الحفاظ على استقرار تركيز الغادولينيوم. كما أظهر أن كبريتات الغادولينيوم لن تؤثر بشكل ملحوظ على شفافية المياه فائقة النقاء، ولن تُسبب تآكلًا أو ترسبات على المعدات الموجودة أو على الصمامات الجديدة التي سيتم تركيبها لاحقًا في جهاز هايبر-كاميوكاندي . ^{[ 26 ] [ 27 ]}

الغلاف الخارجي لخزان المياه عبارة عن خزان أسطواني من الفولاذ المقاوم للصدأ، قطره 39 مترًا وارتفاعه 42 مترًا. الخزان قائم بذاته، حيث تم ردم جدرانه الحجرية الخشنة بالخرسانة لمقاومة ضغط الماء عند امتلائه. تتجاوز سعة الخزان 50 كيلوطنًا من الماء. ^{[ 12 ]}

الوحدة الأساسية لأنابيب التضخيم الضوئي (PMTs) في نظام ID هي "الوحدة الفائقة"، وهي عبارة عن إطار يدعم مصفوفة 3×4 من أنابيب التضخيم الضوئي. يبلغ ارتفاع إطارات الوحدة الفائقة 2.1 متر، وعرضها 2.8 متر، وسُمكها 0.55 متر. تتصل هذه الإطارات ببعضها البعض في الاتجاهين الرأسي والأفقي. ثم يتم توصيل هيكل الدعم بالكامل بقاع الخزان والهيكل العلوي. بالإضافة إلى كونها عناصر هيكلية صلبة، ساهمت الوحدة الفائقة في تبسيط عملية التجميع الأولي لنظام ID.

تم تجميع كل وحدة فائقة على أرضية الخزان ثم رفعها إلى موضعها النهائي. وبذلك، يُغطى السطح الداخلي للخزان فعليًا بالوحدات الفائقة. أثناء التركيب، جُمعت أنابيب التضخيم الضوئي الداخلية مسبقًا في مجموعات ثلاثية لتسهيل عملية التركيب. تحتوي كل وحدة فائقة على أنبوبي تضخيم ضوئي خارجيين مثبتين على جانبها الخلفي. يُثبت هيكل دعم أنابيب التضخيم الضوئي السفلية في قاع الخزان المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ بواسطة عارضة رأسية واحدة لكل إطار وحدة فائقة. كما يُستخدم هيكل دعم الجزء العلوي من الخزان كهيكل دعم لأنابيب التضخيم الضوئي العلوية.

يتم تجميع الكابلات من كل مجموعة من ثلاث أنابيب مضاعف ضوئي معًا. تمتد جميع الكابلات على السطح الخارجي لهيكل دعم الأنابيب المضاعفة الضوئية، أي على مستوى الأنابيب المضاعفة الضوئية الخارجية، وتمر عبر منافذ الكابلات في الجزء العلوي من الخزان، ثم يتم توجيهها إلى حجرات الإلكترونيات.

يختلف سُمك الغلاف الخارجي قليلاً، ولكنه يبلغ في المتوسط ​​حوالي 2.6 متر في الأعلى والأسفل، و2.7 متر على جدار الأسطوانة، مما يجعل الكتلة الإجمالية للغلاف الخارجي 18 كيلوطن. وُزِّعت أنابيب التضخيم الضوئي للغلاف الخارجي بواقع 302 أنبوب في الطبقة العلوية، و308 في الطبقة السفلية، و1275 على جدار الأسطوانة.

للحماية من الإشعاع الخلفي منخفض الطاقة الناتج عن نواتج تحلل غاز الرادون في الهواء، تم عزل سقف التجويف وأنفاق الوصول بطبقة تُسمى "ماين جارد". "ماين جارد" عبارة عن غشاء من البولي يوريثان يُرشّ، وقد طُوّر لاستخدامه كنظام دعم للصخور وحاجز لغاز الرادون في صناعة التعدين. ^{[ 12 ]}

يبلغ متوسط ​​المجال المغناطيسي الأرضي حوالي 450 ملي غاوس، ويميل بزاوية 45 درجة تقريبًا بالنسبة للأفق عند موقع الكاشف. يُشكل هذا مشكلةً للأنابيب الضوئية المضاعفة الكبيرة والحساسة للغاية، والتي تُفضل مجالًا مغناطيسيًا محيطًا أقل بكثير. قد تؤثر شدة المجال المغناطيسي الأرضي واتجاهه المنتظم بشكل منهجي على مسارات الإلكترونات الضوئية وتوقيتها في الأنابيب الضوئية المضاعفة. ولمعالجة هذه المشكلة، تم ترتيب 26 مجموعة من ملفات هيلمهولتز الأفقية والرأسية حول الأسطح الداخلية للخزان. وبتشغيل هذه الملفات، ينخفض ​​متوسط ​​المجال في الكاشف إلى حوالي 50  ملي غاوس. تم قياس المجال المغناطيسي في مواقع مختلفة للأنابيب الضوئية المضاعفة قبل ملء الخزان بالماء. ^{[ 12 ]}

يتم تعريف حجم مرجعي قياسي يبلغ حوالي 22.5 كيلو طن على أنه المنطقة داخل سطح مرسوم على بعد 2.00 متر من جدار ID لتقليل الاستجابة الشاذة الناتجة عن النشاط الإشعاعي الطبيعي في الصخور المحيطة.

يقرأ حاسوب مراقبة متصل بالإنترنت، موجود في غرفة التحكم، البيانات من حاسوب مضيف نظام جمع البيانات عبر وصلة FDDI. يوفر هذا الحاسوب لمشغلي المناوبات أداة مرنة لاختيار ميزات عرض الأحداث، ويُنشئ رسومًا بيانية فورية وأخرى تاريخية حديثة لمراقبة أداء الكاشف، ويؤدي مجموعة متنوعة من المهام الإضافية اللازمة لمراقبة الحالة بكفاءة وتشخيص مشاكل الكاشف ونظام جمع البيانات. يمكن استخلاص الأحداث من تدفق البيانات، ويمكن تطبيق أدوات تحليل أساسية للتحقق من جودة البيانات أثناء عمليات المعايرة أو بعد إجراء تغييرات في الأجهزة أو البرامج المتصلة بالإنترنت. ^{[ 12 ]}

للكشف عن مثل هذه الانفجارات وتحديدها بأسرع وقت ممكن وبأعلى كفاءة، زُوّد مرصد سوبر-كاميوكاندي بنظام مراقبة فوري للمستعرات العظمى. ويتوقع المرصد رصد حوالي 10,000 حدث لانفجار مستعر أعظم في مركز مجرة ​​درب التبانة. يستطيع سوبر-كاميوكاندي قياس الانفجار دون أي تأخير، حتى 30,000 حدث خلال الثانية الأولى. وتشير الحسابات النظرية لانفجارات المستعرات العظمى إلى انبعاث النيوترينوات على مدى زمني إجمالي يبلغ عشرات الثواني، حيث ينبعث نصفها تقريبًا خلال الثانية أو الثانية الأولى. سيبحث سوبر-كاميوكاندي عن تجمعات الأحداث في فترات زمنية محددة تبلغ 0.5 و2 و10  ثوانٍ. ^{[ 12 ]}

تُرسل البيانات إلى عملية تحليل رصد المستعرات العظمى في الوقت الفعلي كل دقيقتين، ويكتمل التحليل عادةً في  دقيقة واحدة. عند العثور على مرشحين لحدث المستعر الأعظم،${\displaystyle {R_{\text{mean}}}}$يتم حسابها إذا كانت تعددية الحدث أكبر من 16، حيث${\displaystyle {R_{\text{mean}}}}$يُعرَّف بأنه متوسط ​​المسافة المكانية بين الأحداث، أي

${\displaystyle {R_{\text{mean}}}={\frac {\sum _{i=1}^{{N_{\text{multi}}}-1}\sum _{j=i+1}^{N_{\text{multi}}}|{r_{\text{i}}}-{r_{\text{j}}}|}{{N_{\text{multi}}}{C_{\text{2}}}}}}$

تتفاعل النيوترينوات المنبعثة من المستعرات العظمى مع البروتونات الحرة، منتجةً بوزيترونات تتوزع بشكل متجانس في الكاشف لدرجة أنها${\displaystyle {R_{\text{mean}}}}$ينبغي أن تكون أعداد أحداث المستعرات العظمى أكبر بكثير من أعداد التجمعات المكانية العادية للأحداث. في كاشف سوبر كاميوكاندي،${\displaystyle {R_{\text{mean}}}}$بالنسبة لأحداث مونت كارلو الموزعة بشكل منتظم، يتضح أنه لا يوجد ذيل أسفل${\displaystyle {R_{\text{mean}}}}$≤ 1000  سم. بالنسبة لفئة "الإنذار" من الانفجار، يجب أن تكون الأحداث${\displaystyle {R_{\text{mean}}}}$≥900  سم لـ 25≤${\displaystyle {N_{\text{multi}}}}$≤ 40 أو${\displaystyle {R_{\text{mean}}}}$≥750  سم لـ${\displaystyle {N_{\text{multi}}}}$>40. تم تحديد هذه العتبات عن طريق الاستقراء من بيانات SN1987A. ^{[ 12 ] [ 28 ]}

سيُشغّل النظام عمليات خاصة للتحقق من وجود الميونات الناتجة عن التفتت النووي عندما تستوفي احتمالات الانفجار معايير "الإنذار"، وسيتخذ قرارًا أوليًا بشأن المعالجة اللاحقة. إذا اجتازت احتمالات الانفجار هذه الفحوصات، فستُعاد تحليل البيانات باستخدام عملية غير متصلة بالإنترنت، وسيُتخذ القرار النهائي في غضون ساعات قليلة. خلال تشغيل مرصد سوبر-كاميوكاندي 1، لم يحدث هذا أبدًا. إحدى القدرات المهمة لمرصد سوبر-كاميوكاندي هي إعادة بناء اتجاه المستعر الأعظم. من خلال تشتت النيوترينو والإلكترون،${\displaystyle \nu _{\text{x}}+e^{-}\to \nu _{\text{x}}+e^{-}}$من المتوقع حدوث ما بين 100 و150 حدثًا في حالة حدوث مستعر أعظم في مركز مجرة ​​درب التبانة. ^{[ 12 ]} ويمكن قياس اتجاه المستعر الأعظم بدقة زاوية.

${\displaystyle \delta \theta \sim {30^{\circ } \over {\sqrt {N}}}}$

حيث N هو عدد الأحداث الناتجة عن تشتت النيوترينو-إلكترون. وبالتالي، يمكن أن تصل الدقة الزاوية إلى δθ~3° لمستعر أعظم في مركز مجرة ​​درب التبانة. ^{[ 12 ]} في هذه الحالة، لا يمكن توفير معلومات عن الشكل الزمني وطيف طاقة انفجار النيوترينو فحسب، بل يمكن أيضًا تحديد اتجاه المستعر الأعظم.

يوجد نظام مراقبة يُسمى "التحكم البطيء"، كجزء من نظام المراقبة الإلكتروني، يراقب حالة أنظمة الجهد العالي، ودرجات حرارة صناديق الإلكترونيات، وحالة ملفات التعويض المستخدمة لإلغاء المجال المغناطيسي الأرضي. عند اكتشاف أي انحراف عن المعايير، يُنبه النظام الفيزيائيين لحثهم على التحقيق، واتخاذ الإجراءات المناسبة، أو إبلاغ الخبراء. ^{[ 12 ]}

لمراقبة العمليات غير المتصلة بالإنترنت التي تحلل البيانات وتنقلها والتحكم بها، تم تطوير مجموعة برامج متطورة. تتيح هذه المراقبة لفيزيائيي المناوبة غير المتخصصين تحديد المشكلات الشائعة وإصلاحها لتقليل وقت التوقف، وقد ساهمت حزمة البرامج بشكل كبير في سلاسة تشغيل التجربة وكفاءتها العالية على مدار عمرها الافتراضي في جمع البيانات. ^{[ 12 ]}

تستمد الشمس طاقتها من الاندماج النووي لأربعة بروتونات في نواتها، مُنتجةً ذرة هيليوم ونيوترينوين إلكترونيين. تُسمى النيوترينوات المنبعثة من هذا التفاعل بالنيوترينوات الشمسية . تستغرق الفوتونات الناتجة عن الاندماج النووي في مركز الشمس ملايين السنين للوصول إلى سطحها؛ بينما تصل النيوترينوات الشمسية إلى الأرض في غضون ثماني دقائق تقريبًا نظرًا لعدم تفاعلها مع المادة. ونتيجةً لذلك، تُتيح النيوترينوات الشمسية رصد باطن الشمس دون تأخير. ^{[ 29 ]}

في عام 1999، رصد مرصد سوبر كاميوكاندي أدلة قوية على تذبذب النيوترينو، مما ساهم في تفسير مشكلة نيوترينو الشمس . تنتج الشمس ونحو 80% من النجوم المرئية طاقتها عبر تحويل الهيدروجين إلى هيليوم.

${\displaystyle 4{\text{p}}\to {}^{4}{\text{He}}+2{\text{e}}^{+}+2\nu _{\text{e}}+26.73{\text{ MeV}}}$.

تنشأ نيوترينوات الإلكترون الموضحة في التفاعل أعلاه بشكل أساسي من خلال سلسلة pp في الكتل المنخفضة، وبالنسبة للنجوم الأكثر برودة، من خلال دورة CNO للكتل الأثقل.

يُظهر الإطار الأيسر الدورات الرئيسية الثلاث التي تُشكّل سلسلة تفاعلات البروتون-بروتون (البروتون-بروتون الأول، والبروتون-بروتون الثاني، والبروتون-بروتون الثالث) ومصادر النيوترينو المرتبطة بهذه الدورات. أما الإطار الأيمن فيُظهر دورة CNO-I.

في أوائل التسعينيات، ولا سيما مع الشكوك التي رافقت النتائج الأولية لتجربتي كاميوكا 2 وغاليوم، لم تتطلب أي تجربة منفردة حلاً غير فيزيائي فلكي لمشكلة نيوترينو الشمس. ولكن مجتمعةً، أشارت تجارب الكلور وكاميوكا 2 وغاليوم إلى نمط لتدفقات النيوترينو لا يتوافق مع أي تعديل للنموذج الشمسي القياسي. وقد ساهم هذا بدوره في تحفيز جيل جديد من الكواشف النشطة ذات القدرات المذهلة. ومن هذه التجارب: سوبر كاميوكاندي، ومرصد سادبري للنيوترينو ، وبوريكسينو . فعلى سبيل المثال، يستطيع سوبر كاميوكاندي رصد حدث التشتت المرن.${\displaystyle \nu _{x}+{\text{e}}^{-}\to \nu _{x}+{\text{e}}^{-}}$والذي، بسبب مساهمة التيار المشحون في${\displaystyle \nu _{\text{e}}}$تتميز ظاهرة التشتت بحساسية نسبية تجاه نيوترينوات الإلكترون ونيوترينوات النكهة الثقيلة تبلغ حوالي 7:1. ^{[ 30 ]} وبما أن اتجاه الإلكترون المرتدّ مُقيد ليكون في الغالب للأمام، فإن الاتجاه الناتج للنيوترينوات يبقى في اتجاه الإلكترونات المرتدة. هنا،${\displaystyle \cos \theta _{\text{Sun}}}$يتم توفيرها، حيث${\displaystyle \theta _{\text{Sun}}}$هي الزاوية بين اتجاه الإلكترونات المرتدة وموقع الشمس. وهذا يدل على أن${\displaystyle {}^{8}{\text{B}}}$تدفق النيوترينو الشمسي هو${\displaystyle 2.40\pm 0.03({\text{stat}}){}_{-0.07}^{+0.08}({\text{sys}})\times 10^{6}}$ /سم ² -ث. وبمقارنة هذه البيانات مع نموذج SSM، تكون النسبة هي${\displaystyle 0.465\pm 0.005({\text{stat}}){}_{-0.013}^{+0.015}({\text{sys}})}$[ ^{31 ] تشير هذه النتيجة بوضوح إلى} نقص النيوترينوات الشمسية.

النيوترينوات الجوية هي أشعة كونية ثانوية تنتج عن تحلل الجسيمات الناتجة عن تفاعلات الأشعة الكونية الأولية (معظمها بروتونات ) مع الغلاف الجوي للأرض . وتنقسم أحداث النيوترينوات الجوية المرصودة إلى أربع فئات. فالأحداث المحتواة كليًا (FC) تتركز جميع مساراتها داخل الكاشف الداخلي، بينما تترك الأحداث المحتواة جزئيًا (PC) مسارات متسربة من الكاشف الداخلي. أما الميونات الصاعدة العابرة (UTM) فتُنتج في الصخور أسفل الكاشف وتمر عبره. والميونات الصاعدة المتوقفة (USM) تُنتج أيضًا في الصخور أسفل الكاشف، لكنها تتوقف داخله.

يُتوقع أن يكون عدد النيوترينوات المرصودة ثابتًا بغض النظر عن زاوية السمت. مع ذلك، وجد مرصد سوبر كاميوكاندي أن عدد نيوترينوات الميون الصاعدة (المتولدة على الجانب الآخر من الأرض) يبلغ نصف عدد نيوترينوات الميون الهابطة في عام 1998. يُمكن تفسير ذلك بتحول النيوترينوات أو تذبذبها إلى نيوترينوات أخرى غير مرصودة. يُسمى هذا التذبذب بتذبذب النيوترينو ؛ ويشير هذا الاكتشاف إلى الكتلة المحدودة للنيوترينوات، ويُقترح توسيعًا للنموذج القياسي. تتذبذب النيوترينوات بثلاثة أنواع، ولكل نيوترينو كتلة سكون. أشارت تحليلات لاحقة في عام 2004 إلى اعتماد معدل الحدث على شكل دالة جيبية لـ "الطول/الطاقة"، مما أكد تذبذبات النيوترينو. ^{[ 32 ]}

كانت تجربة K2K تجربةً لدراسة النيوترينوات، أُجريت من يونيو 1999 إلى نوفمبر 2004. صُممت هذه التجربة للتحقق من التذبذبات التي رصدها مرصد سوبر-كاميوكاندي، وذلك من خلال نيوترينوات الميون الناتجة عن تفاعلات البروتونات المُسرّعة في مختبر KEK مع هدفٍ مُحدد. وقد وفرت هذه التجربة أول قياسٍ إيجابي لتذبذبات النيوترينوات في ظروفٍ تسمح بقياس تدفق النيوترينوات قبل حدوث التذبذبات بواسطة كاشفٍ قريب. ويلعب كاشف سوبر-كاميوكاندي دورًا هامًا في التجربة باعتباره الكاشف البعيد. وقد صُممت تجربةٌ من الجيل الثاني، هي تجربة T2K ، كمتابعةٍ لتجربة K2K .

تجربة T2K (توكاي تو كاميوكا) هي تعاون دولي واسع النطاق يهدف إلى قياس جميع المعايير غير المعروفة لتذبذبات النيوترينو . وقد أجرت T2K بحثًا عن تذبذبات تتراوح من نيوترينوات الميون إلى نيوترينوات الإلكترون، وأعلنت عن أولى المؤشرات التجريبية لها في يونيو 2011. ^{[ 33 ]} ويُعدّ سوبر كاميوكاندي "الكاشف البعيد".

يُفترض أن البروتون مستقر تمامًا في النموذج القياسي . مع ذلك، تتنبأ نظريات التوحيد الكبرى (GUTs) بأن البروتونات يمكن أن تتحلل إلى جسيمات مشحونة أخف طاقة، مثل الإلكترونات والميونات والبيونات، أو غيرها من الجسيمات التي يمكن رصدها. وقد نشر سوبر كاميوكاندي أكثر الحدود صرامة لمعظم مسارات تحلل البروتون.

• 2.4 × 10 ³⁴  سنة للتحلل إلى بوزيترون وبيون متعادل (p → e⁺ + π⁰)، ^{[ 34 ]}
• 1.6 × 10 ³⁴  سنة للتحلل إلى مضاد الميون والبيون المحايد (p → μ⁺ + π⁰)، ^{[ 35 ]}
• 0.59 × 10 ³⁴  سنة للاضمحلال إلى ميون مضاد النيوترينو وكاون موجب (p → ν̄K ⁺ ). ^{[ 36 ]}

علاوة على ذلك، نشر سوبر كاميوكاندي الحد الأكثر صرامة على تذبذبات النيوترون-مضاد النيوترون ، مما وضع حدًا لعمر النيوترون-مضاد النيوترون النووي.${\displaystyle T_{n{\bar {n}}}\geq 3.6\cdot 10^{32}}$سنة عند مستوى ثقة 90% ، وهو ما يتوافق مع حد أقصى لوقت تذبذب النيوترون-مضاد النيوترون.${\displaystyle \textstyle \tau _{n{\bar {n}}}\geq 4.7\cdot 10^{8}}$[ ^{37 ]​}

منذ عام 2002، تُعاد معالجة 50 كيلوطنًا من المياه النقية باستمرار بمعدل 30 طنًا تقريبًا في الساعة ضمن نظام مغلق. حاليًا، تُعاد تدوير مياه المنجم الخام عبر المرحلة الأولى (مرشحات الجسيمات والتناضح العكسي) لفترة من الزمن قبل تطبيق عمليات أخرى تتطلب مواد استهلاكية باهظة الثمن. في البداية، تُمرر المياه من خزان سوبر كاميوكاندي عبر  مرشحات شبكية بمسام 1 ميكرومتر لإزالة الغبار والجسيمات التي تُقلل من شفافية الماء لفوتونات تشيرينكوف، وتُشكل مصدرًا محتملاً للرادون داخل كاشف سوبر كاميوكاندي. ^{[ 12 ]}

يُستخدم مبادل حراري لتبريد الماء بهدف تقليل مستوى الضوضاء المظلمة في أنبوب التضخيم الضوئي (PMT) وكبح نمو البكتيريا . تُقتل البكتيريا المتبقية بواسطة مرحلة تعقيم بالأشعة فوق البنفسجية. تعمل وحدة تلميع الخراطيش (CP) على إزالة الأيونات الثقيلة، التي تُقلل أيضًا من شفافية الماء وتحتوي على مواد مشعة. تزيد وحدة CP المقاومة النوعية للماء المُعاد تدويره من 11  ميجا أوم  سم إلى 18.24  ميجا أوم  سم، مقتربةً من الحد الكيميائي. ^{[ 12 ]}

في الأصل، كان النظام يتضمن مبادلًا أيونيًا، ولكن تم إزالته بعد أن تبين أن راتنج المبادل الأيوني مصدرٌ هامٌ للرادون. وفي عام ١٩٩٩، تم تركيب مرحلة التناضح العكسي لإزالة الجسيمات الإضافية، بالإضافة إلى إدخال هواء مُخفَّض الرادون إلى الماء لزيادة كفاءة إزالة الرادون في مرحلة إزالة الغازات بالتفريغ اللاحقة. بعد ذلك، تعمل مرحلة إزالة الغازات بالتفريغ على إزالة الغازات المذابة في الماء. ^{[ ١٢ ]}

تُشكّل هذه الغازات الذائبة في الماء مصدرًا رئيسيًا للأحداث الخلفية للنيوترينوات الشمسية في نطاق طاقة الميغا إلكترون فولت، كما يُحفّز الأكسجين الذائب نمو البكتيريا. تبلغ كفاءة الإزالة حوالي 96%. بعد ذلك، يُستخدم مرشح فائق (UF) لإزالة الجسيمات التي يبلغ حجمها الأدنى وزنًا جزيئيًا يقارب 10000 (أو  قطرًا يبلغ حوالي 10 نانومتر) باستخدام مرشحات غشائية من الألياف المجوفة. أخيرًا، يقوم مُزيل الغازات الغشائي (MD) بإزالة غاز الرادون الذائب في الماء، وتبلغ كفاءة إزالة الرادون المقاسة حوالي 83%. يُقاس تركيز غازات الرادون بواسطة كاشفات فورية. في يونيو 2001، كانت تراكيز الرادون النموذجية في الماء الداخل إلى نظام التنقية من خزان سوبر كاميوكاندي أقل من 2  ملي بيكريل ^/م³  ، وفي الماء الخارج من النظام 0.4 ± 0.2 ملي بيكريل ^/ م³ . ^{[ 12 ]}  

يُضخ الهواء النقي في الفجوة بين سطح الماء وقمة خزان سوبر كاميوكاندي. يتكون نظام تنقية الهواء من ثلاثة ضواغط، وخزان عازل، ومجففات، وفلاتر، وفلاتر من الفحم النشط . يُستخدم ما مجموعه 8  أمتار ^مكعبة  من الفحم النشط. تُبرد آخر 50 لترًا من الفحم إلى -40  درجة مئوية لزيادة كفاءة إزالة غاز الرادون. تبلغ معدلات التدفق النموذجية ونقطة الندى وتركيز الرادون المتبقي 18  مترًا ^مكعبًا في الساعة، و-65  درجة مئوية (عند +1  كجم/سم² ⁾ ، وبضعة ميلي بيكريل لكل متر مكعب ^، على التوالي. وقد قُيس تركيز الرادون النموذجي في هواء القبة بـ 40  بيكريل  لكل متر ^مكعب . ^{[ 12 ]}

تصل مستويات غاز الرادون في هواء نفق المنجم، بالقرب من قبة تجويف الخزان، عادةً إلى 2000-3000 بيكريل/م³ ^خلال فصل الصيف، من مايو إلى أكتوبر، بينما تتراوح مستويات الرادون من نوفمبر إلى أبريل بين 100-300  بيكريل/م³ ^. ويعود هذا التباين إلى تأثير المدخنة في نمط تهوية نظام نفق المنجم؛ ففي فصول الشتاء، يتدفق الهواء النقي إلى مدخل نفق أتوتسو، وهو مسار قصير نسبيًا عبر الصخور المكشوفة قبل الوصول إلى منطقة التجارب، بينما في الصيف، يتدفق الهواء خارج النفق، ساحبًا معه هواءً غنيًا بالرادون من أعماق المنجم مرورًا بمنطقة التجارب. ^{[ 12 ]}

للحفاظ على مستويات غاز الرادون في منطقة القبة ونظام تنقية المياه دون 100  بيكريل ^/  م³ ، يُضخ هواء نقي باستمرار بمعدل 10 م³/دقيقة تقريبًا ^من خارج المنجم، مما يُولّد ضغطًا زائدًا طفيفًا في منطقة التجارب "سوبر كاميوكاندي" لتقليل دخول هواء المنجم المحيط. وقد شُيّد "كوخ الرادون" (Rn Hut) بالقرب من مدخل نفق أتوتسو لإيواء معدات نظام هواء القبة: مضخة هواء بقدرة 40 حصانًا وسعة ضخ 10 ^م³/ دقيقة / ¹⁵ رطل/بوصة مربعة، ومزيل رطوبة، وخزانات مرشحات الكربون، ووحدات تحكم إلكترونية. في خريف عام 1997، تم تركيب أنبوب سحب هواء ممتد على ارتفاع 25 مترًا تقريبًا فوق مدخل نفق أتوتسو. يُحقق هذا المستوى المنخفض أهداف جودة الهواء، مما يُغني عن عمليات تجديد مرشحات الكربون. ^{[ 12 ]}    

يقع نظام معالجة البيانات غير المتصلة بالإنترنت في كينكيوتو، وهو متصل بكاشف سوبر كاميوكاندي عبر  وصلة ألياف ضوئية FDDI بطول 4 كيلومترات. يبلغ متوسط ​​تدفق البيانات من النظام المتصل بالإنترنت 450 كيلوبايت في ^{الثانية ، أي ما يعادل 40 جيجابايت في اليوم} أو 14 تيرابايت في السنة ^. تُستخدم الأشرطة المغناطيسية في النظام غير المتصل بالإنترنت لتخزين البيانات، ويتم إنجاز معظم التحليلات فيه. صُمم نظام المعالجة غير المتصل بالإنترنت ليكون مستقلاً عن المنصة، نظرًا لاستخدام بنى حاسوبية مختلفة لتحليل البيانات. ولهذا السبب، تعتمد هياكل البيانات على نظام بنك زيبرا المُطور في سيرن، بالإضافة إلى نظام تبادل زيبرا. ^{[ 12 ]}

تتضمن بيانات الأحداث من نظام جمع البيانات عبر الإنترنت لمرصد سوبر كاميوكاندي قائمةً بعدد مرات إصابة الأنابيب الضوئية المضاعفة (PMT)، وعدد مرات تحويل الوقت إلى رقم (TDC)، وعدد مرات تحويل الإشارة التناظرية إلى الرقمية (ADC)، والطوابع الزمنية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وبيانات تنظيمية أخرى. يُعدّ خفض عتبة الطاقة هدفًا أساسيًا لتحليل النيوترينوات الشمسية، لذا يُبذل جهدٌ متواصل لتحسين كفاءة خوارزميات المعالجة؛ إلا أن أي تغيير في المعايرات أو طرق المعالجة يستلزم إعادة معالجة البيانات السابقة. عادةً ما  تتم معالجة 10 تيرابايت من البيانات الخام شهريًا، مما يتطلب قدرة معالجة مركزية عالية وسرعة إدخال/إخراج فائقة. كما تُعدّ معالجة محاكاة مونت كارلو المكثفة ضرورية أيضًا. ^{[ 12 ]}

صُمم النظام غير المتصل بالإنترنت لتلبية متطلبات كل هذه الجوانب: تخزين قاعدة بيانات ضخمة على أشرطة (14 تيرابايت سنويًا ⁾ ، ومعالجة مستقرة شبه فورية، وإعادة معالجة شبه مستمرة، ومحاكاة مونت كارلو. يتكون نظام الحاسوب من ثلاثة أنظمة فرعية رئيسية: خادم البيانات، ومجموعة وحدات المعالجة المركزية، والشبكة في نهاية المرحلة الأولى من التشغيل. ^{[ 12 ]}

تم إنشاء نظام مخصص لمعالجة البيانات خارج الموقع في جامعة ستوني بروك بمدينة ستوني بروك، نيويورك، لمعالجة البيانات الأولية المرسلة من كاميوكا. وقد نُسخت معظم البيانات الأولية المُعاد تنسيقها من مرفق النظام في كاميوكا. وفي ستوني بروك، تم إنشاء نظام لتحليل البيانات ومعالجتها بشكل إضافي. وفي ستوني بروك، عُولجت البيانات الأولية باستخدام محرك أقراص DLT متعدد الأشرطة. أُجريت عمليات تقليل البيانات في المرحلة الأولى لتحليل الطاقة العالية وتحليل الطاقة المنخفضة.

ركزت عملية اختزال البيانات لتحليل الطاقة العالية بشكل أساسي على أحداث النيوترينو الجوي والبحث عن اضمحلال البروتون، بينما ركز تحليل الطاقة المنخفضة بشكل أساسي على أحداث النيوترينو الشمسي. خضعت البيانات المختزلة لتحليل الطاقة العالية لمزيد من الترشيح عبر عمليات اختزال أخرى، ثم حُفظت البيانات الناتجة على أقراص. أما البيانات المختزلة لتحليل الطاقة المنخفضة، فقد حُفظت على أشرطة DLT وأُرسلت إلى جامعة كاليفورنيا ، إرفاين، لمزيد من المعالجة.

استمر نظام تحليل الإزاحة هذا لمدة ثلاث سنوات حتى ثبت أن سلاسل التحليل الخاصة بهم تُنتج نتائج متكافئة. ولذلك، ولتقليل الاعتماد على القوى العاملة، تم تركيز التعاون في تحليل واحد مشترك ^{[ 38 ].}