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半個世紀以來，日本處在「大物理學」的前沿，追問著那些關於宇宙運行規則的基礎問題。這一量級的問題需要真正大規模的尖端技術。《自然》記者Davide Castelvecchi 旅行穿越日本，在這個系列視頻中探訪了日本3個旗艦實驗的罕見內部景象。
第二部：KAGRA
世界最先進的引力波探測器
以下是視頻文字記錄：
「有40瓦：這個雷射功率挺大的。」
50多年來，日本一直處於大物理學的前沿，如此宏偉的實驗和目標，若非親眼所見簡直難以置信。我叫Davide Castelvecchi ，是《自然》的一名物理學記者。在本系列中，我將探訪日本的三項旗艦實驗，深入了解日本的大物理學。
KAGRA（神岡引力波探測器）於2012年開建，它的目標只有一個：探測引力波。
引力波就像時空的漣漪。帶質量物體移動時會產生引力波，但通常都很小很小。我們嘗試捕捉這些時空漣漪，並為此建造了探測器。
最早預言時空漣漪的是愛因斯坦，在一個世紀後的2015年，美國的LIGO探測器首次發現了引力波。但日本的物理學家幾十年來也一直在發展這項技術。KAGRA目前是世界上最先進的引力波探測器，它建在神岡小鎮旁邊的池野山底下。KAGRA是神岡觀測站的新增力量，神岡觀測站是深埋在山下的一個強大實驗基地。
我在KAGRA快要完工時，隨三代木伸二參觀了一番。在進入KAGRA之前，我們要清潔設備，脫下鞋子。在日本經常要脫鞋，這是進入室內的一個習慣。但是對於KAGRA之類的科學設施來說，這麼做還能保持空間的潔淨，避免帶入可能影響實驗的汙染物。
中央實驗室的這套系統是KAGRA探測器的心臟，裡面放滿了高聳的真空罐、低溫系統和光學硬體，所有這些都用乾淨的塑料簾遮擋防止灰塵，每個真空罐都置於一間潔淨室內。
那麼 這些設備是如何測量時空漣漪的呢？一切都從一束雷射開始。雷射放置在這間隔音室，以隔絕外部聲音或噪音的幹擾。在隔音室裡，有一個專門用於雷射的超級潔淨室，裡面的清潔標準達到了ISO一級，如果室內無人類活動的話。你可以從這裡看到雷射室，裡面產生的雷射將被用於探測引力波。
雷射會先穿過一系列複雜的鏡組，經過巧妙的處理調節後，分成兩束，進入KAGRA的雙臂，也就是我們接下來要去的地方。從中心位置開始，雙臂分別延伸正好3千米。雷射行進的管道處於高度真空狀態，即使乘坐電瓶車也要十分鐘才能走完雷射只用幾微秒就走完的路，抵達KAGRA的Y臂末端。一旦觸及末端 雷射碰到鏡子後反射回去，碰到另一個鏡子再反射回去，如此反覆。雷射來回反射幾百次後，最終兩束光重新匯合，進入探測器。兩束光的波形將完美對齊，相互抵消，除非其中一個臂被經過的引力波微微拉伸或壓縮了。如果發生這種情況 則兩束光的波長不再對齊，產生的信號將被探測到。
KAGRA需要能檢測到雙臂內極其細小的延伸，小到低於一個質子直徑，為此 KAGRA的鏡子必須保持完全靜止。這也是KAGRA建在地下的一部分原因：這樣能減少來自地震波活動的幹擾。除此之外還有一些令人腦洞大開的技術。
對，這是信號回收鏡的懸架系統的設計圖。信號回收鏡位於這些真空罐內，這塊懸置於這塊，那塊又懸置於這塊；這塊吊在這塊，這塊又吊在這塊。其它的引力波探測器 如LIGO或義大利的Virgo，也有懸架系統來保持鏡組靜止，但是KAGRA比它們更進一步 採用了低溫系統——先進LIGO和先進Virgo都沒有採用KAGRA的技術。
我們的KAGRA項目比先進LIGO和先進Virgo晚了約20年，所以我們採用了最新的技術。給鏡組降溫可以降低鏡子本身微小的熱振動，減少雷射中的噪聲 提高探測器的靈敏度。
為了保持低溫 鏡子必須採用易於散熱的材料——藍寶石，還要用低溫懸架系統支撐低溫鏡子。黑色的是用於藍寶石鏡的低溫懸架系統。
KAGRA的低溫系統是東京大學歷時20多年開發出來的，代表了KAGRA最大的創新之一，挑戰在於保持鏡子低溫的同時不把振動傳回鏡子。
我們無法進入工作區裡面，因為我們沒有達到適當的清潔標準，但是東丸隆之同意將我的手機帶進去，這樣我們便能近距離看到真空腔的內部，放鏡子懸架系統的地方。
KAGRA計劃加入LIGO和Virgo於2019年4月開始的最新一輪觀測。有了KAGRA的加入，科學家將能探測到更多的引力波事例，更好地互證引力波的來源。
引力波天文學的發展不能只依靠一兩個探測器。LIGO的兩個探測器和Virgo的一個探測器具有很好的來源定位能力，但它們仍有一些盲點，這取決於來源方位。加上第四個探測器，我們幾乎就沒有盲點了。
有一個事例是我們所有人都期望能探測到的：我們希望可以足夠幸運地遇到超新星事例。它不僅能給我們帶來引力波，還有希望帶來中微子。但是那要靠運氣。我希望它們可以等到KAGRA上線後再出現，所以我希望可以儘快開始，這樣我會感覺好一點。
下一集，我們將前往日本的另一端——筑波，去探訪KEK（高能加速器研究機構） 它是日本自己的CERN（歐洲核子研究中心）。我們將去探訪一個有望為粒子物理學帶來巨大突破的實驗。
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