T2K现在已经运行超多十年，成功地完成了最初的物理学研究计划。随着更多数据的采集，在中微子振荡参数和相互作用截面的测量方面会有进一步的改进。随着更多统计数据的收集，改进探测器变得非常重要，以便减少系统误差（即不只是统计波动引起的结果不确定性）。日本的中微子物理学计划包括对T2K实验进行重大升级的计划，并在未来几十年内启动T2K实验的后继者——顶级神冈（Hyper-Kamiokande）实验。
T2K-II/T2K-升级
T2K实验的第二阶段（T2K-II）包括中微子束线和ND280近探测器的重大升级计划，以及超级神冈（Super-Kamiokande）水掺钆（Gd）的决定利用。T2K-II的目标是对CP对称性在中微子振荡中是否守恒达到3σ置信度的确认。
束流升级
目前的J-PARC主环（MR）每隔2.48s加速质子到30GeV，为T2K实验提供了功率为515kW的质子束。束线升级目标于2022年质子束的功率达到750kW，并在Hyper-K实验开始前提高到1.3MW，以增加统计数据的收集。增加束流功率需要达到更多的束流溢出次数和每次溢出所囊括的质子数，可以通过提升束流重复率以及减少束流流失和不稳定性实现。电源和射频腔（RF）系统的升级将有助于将单次束流溢出的时间从2.48s减少至1.16s，并提高稳定性，2026年间左右单次溢出的质子数有望从2.65E14增加至3.2E14。此外，束流分析监测器的升级至关重要，需要适应应对束流功率以及质子与石墨靶相互作用量的增加，以更精确地测量束流特性和减少中微子通量测量中的系统不确定性。
随着主束线（质子加速器）的升级，同时也需要对束线中提取中微子部分的部件进行改进，以应对加强后的束流功率。质子束撞击到一个91.4厘米长的整体碳靶 （石墨靶）上，由氦气冷却，冷却能力提升后，目前正为更强功率的束流研发新型靶，考虑新型靶的类型，以进一步最大限度地产生的更多有效中微子。磁号的升级对于改善分别聚焦衰变产生中微子的正负π介子非常重要。目前正在更换磁号1和磁号2，升级电源供能，并在2个磁号的基础上在增加一个。3个磁号的作用下，磁号中电流将从250kA增加到320kA，从而使同号中微子（意指中微子束模式的中微子或反中微子束模式的反中微子）的通量增加10%，异号中微子的通量减少5~10%。在磁号内部，载流条线将被升级为使用水冷而不是氦气冷却，而氦气容器、衰变体积和束流收集器（以及靶站的其他器件）周围的管道水冷能力也将通过增加水流量得到升级。水箱也正在升级，以便有足够的空间来处理在中微子束生产过程中产生的被废弃和稀释的放射性水。电子倍增管以及MUMON电流互感器用于感应二次衰变μ子（来自π介子衰变）束流分析和μ子电荷测量，正在开发中以提高测量中微子束分析的灵敏度。另一方面，束线模拟也可以通过考虑更多的强子生产实验加强限制改进。
ND280探测器升级
离轴近探测器ND280自2009年T2K实验投入使用以来，在减少系统不确定性方面发挥了重要作用，最终为在足够的精确度之上发现νμ → νe振荡做出了贡献。随着J-PARC束流向更高的功率升级，下一个目标是获得足够的统计数据，以超过3σ的置信度确定轻子部分的CP破坏情况，需要进一步减少剩余的系统误差。目前的离轴近探测器仍然受制于仅对大部分前行事件的角度接受，此外，短轨道的时间重建也受到限制。因此，并非每一种类型的中微子相互作用都能得到足够精确的分析。
为了改善这些缺点，目前ND280的π0探测器（P0D）被三种类型的新子探测器所取代。超级细粒探测器（SuperFGD），夹在两个高角度时间投影室（HA-TPCs）之间，有六个飞行时间面（TOF）围绕着SuperFGD和HA-TPCs。SuperFGD是由最先进的塑料闪烁立方体制成，大小为1cm3，有三个垂直的读取平面。由于其各向同性的特性，细小的立方体结构提供了全方位的角度接受能力，这大大增加了短轨道的探测效率，与目前基于闪烁体棒的细颗粒探测器（FGD）相比，仅一个立方体的信号就能提供三维信息并提高位置分辨率。质子和带电离子的测量因此更加精确，并且能够通过测量随后相互作用中产生的二次衰变粒子来探测中子。HA-TPCs配备了尖端的读取技术，即电阻式MicroMegas，由于HA-TPCs中气体电离的粒子产生的电荷扩散，使得位置分辨率重大改进。水平配置可以对中微子束的上行和下行轨道进行识别和动量重建，是对目前垂直TPCs前行粒子信息的补充。超过TOF的粒子的准确时间信息可以识别粒子的方向，从而将探测器内产生的粒子与探测器外产生的干扰信号区分开来。新的子探测器拥有对中微子相互作用截面进行更精确测量的基础，包括利用低动量强子的测量来探测核效应的能力。
由于接近探测器的升级，使用T2K第二阶段数据的物理学研究有望从系统不确定性降低到4%（目前为6%）中获益。ND280的升级目前正在准备中，将于2022/23年完成。
SK-Gd
超级神冈在其运行的大部分时间里一直在填充超纯水。然而近年来，稀土元素钆（Gd）已被添加供应，此活动期被称为SK-Gd。钆对中子捕获有非常高的亲和力。钆的加入意味着在反β衰变 (IBD, νe + p → e+ + n) 事件中产生的一些中子将被钆捕获，受激的钆核在一阵高能量的X射线中解体。这些X-ray光子被光电倍增器（PMTs）检测为延迟信号。有了正电子的提示信号和捕获的中子的延迟信号，SK-GD可以进行更精确的事件重建。在探测器中被捕获的中子的比例与钆浓度直接相关；仅仅~0.1%的钆就能提供大约90%的中子捕获率。
更好地重建IBD事件在不同的中微子研究领域给予我们帮助。其中最有希望的是寻找所谓的超新星相关中微子（SRN）或弥漫性超新星中微子背景（DSNB）。虽然银河系的超新星是罕见的现象，但预计它们在整个宇宙中大约每秒钟发生一次。来自所有这些超新星的中微子预计将形成一个总通量，可以用SK-GD测量。测量遗迹信号可以告诉我们关于超新星本身，宇宙中恒星形成的速度，以及宇宙的宇宙学。因此，钆的加入为超级神冈的中微子研究带来了一条新的途径。
顶级神冈（Hyper-Kamiokande）项目
从长远来看，启动T2K实验的后续项目–Hyper-Kamiokande实验正在计划中。它将保留现有的中微子束，经过升级以产生更强的中微子通量以及运用升级后的近程探测器。水切伦科夫（Cherenkov）探测器将会更大–Hyper-Kamiokande将会取代Super-Kamiokande。同时有计划在距离中微子源1-2公里处建造中间水切伦科夫探测器（IWCD）。和Super-Kamiokande一样，Hyper-Kamiokande将包含多样的物理学项目，涉及来自J-PARC的中微子和来自宇宙射线相互作用的大气中微子。Hyper-Kamiokande预计在2027年左右开始运行。
关于Hyper-Kamiokande的更多信息，请访问Hyper-Kamiokande网页。
Hyper-Kamiokande detector
Hyper-Kamiokande是第三代水切伦科夫探测器–比其前辈Super-Kamiokande大五倍。目前，Hyper-Kamiokande的缸体和洞穴设计正在进行中，计划在2027年进行数据采集。像Super-Kamiokande一样，它将有一个圆柱形缸的设计，但高度为71米直径为68米，由于其体积的巨大增加，它将能够在短短的10年内获得相当于Super-K数据收集时间100年工作的数据量，导致探测到新物理学的机会大大增加。
Hyper-Kamiokande的物理学目标多种多样，但主要包括更精确的CP破坏测量、更好地确定中微子质量排序、宇宙中微子探测和观测质子衰变。CP破坏的测量和质子衰变，都是确定宇宙中存在的物质-反物质不对称性背后的原因的关键，因为它们属于萨哈罗夫（Sakharov）的重子生成的必要条件。Hyper-Kamiokande将通过测量中微子和反中微子的味振荡的概率之间的差异来研究CP破坏。对于75%的CP参数空间，它将能够以3σ的置信度确认CP破坏的存在，对于50%以上的参数空间，则以5σ的置信度确认。中微子质量排序的研究至关重要，因为它将有助于弄清负责中微子质量产生的机制。质量排序可以比较大气电中微子出现的中微子与反中微子来确定。有关质量排序的知识也将有助于检查中微子是否是它自己的反粒子。
Hyper-Kamiokande将通过使用一个探测器来完成这些测量，该探测器不仅具有比Super-Kamiokande大得多的基准体积，而且还大大改进了光感器，它将表现出两倍的光探测效率，并能够以更高的精度测量光强度和探测时间。利用多PMT光学模块，包括使用19个3英寸PMT安装在与普通20英寸PMT相同的模块中，可以提供更多的颗粒度以增强事件重建，这对于多环事件和发生在探测器内壁附近的事件尤其重要。此外，还将降低暗部命中率，更好地防止PMT容器内爆。
中间水切伦科夫探测器(IWCD)
中间水切伦科夫探测器，简称IWCD，是作为Hyper-Kamiokande长基线中微子物理计划的一部分推出的一个中间近探测器。IWCD是一个小规模的水切伦科夫探测器（高6米，直径8米），重量约为300吨，将被放置在距离J-PARC的束流产生点约1公里处。
IWCD的示意图可以在左边的图片中看到。 IWCD将采用 “多PMT “或mPMT模块，与水切伦科夫试验（WCTE）中提到的模块相同。mPMTs将通过其快速的时间响应和颗粒度实现对中微子相互作用的精确重建。
IWCD的目标是在相对于中微子束流的多个离轴角位置测量中微子通量，以便对中微子相互作用模型进行研究。众所周知，水切伦科夫探测器可以进行非常好的电中微子测量，垂直面移动将使IWCD成为一个功能性很强的近探测器。
为什么是一个移动的探测器？ 由于中微子振荡，Hyper-Kamiokande和近探测器之间的能谱不同，而中微子能谱取决于离轴角（见右图）。
在给定的离轴范围内的不同点上采集数据，可以模仿感兴趣的能谱，包括Hyper-Kamiokande探测器的能谱或单色束流。还可以测量真实能量和重建能量在能谱上的差异，并确定CCQE和非CCQE事件的 “错误重建 “系数。
电中微子截面的测量将是至关重要的，Hyper-Kamiokande CP破坏的敏感性将受到电中微子截面不确定性的限制。原因是目前的不确定性是由理论驱动的，而现有的测量结果目前受限于统计不确定性。IWCD的测量结果将有助于解决Hyper-Kamiokande长基线振荡分析中的系统不确定性限制。
欧洲核子研究中心的水切伦科夫测试实验(WCTE)
水切伦科夫测试实验（WCTE）是一个小规模的水切伦科夫探测器，将位于欧洲核子中心（CERN）。WCTE将用于研究水切伦科夫探测器对强子、电子和μ子束流的反应，并将使用新的光传感器技术。探测器将采用多PMT模块，每个模块由19个3英寸PMT组成，还将测试一个新开发的校准部署系统。带有已知粒子通量的校准技术将被用来演示1%的GeV级中微子相互作用的校准。其他测量将包括切伦科夫光生产、π介子散射和二次衰变中子生产，为T2K和Super-Kamiokande（SK）实验提供直接信息输入。
WCTE探测器的设计类似于SK的设计，在水箱内安置了一个不锈钢PMT支撑结构。然而，WCTE的规模要小得多，大约为4米-4米，并将使用多PMT模块（mPMT）而不是SK中使用的大型20英寸PMT。19个直径为8厘米的PMT（Hamamatsu R14374）组成了一个mPMT，与使用较大的单个PMT相比，它可以改善颗粒度和时间。探测器的横截面显示在左边的图中，可以看到不锈钢缸、支撑结构和mPMT模块。同样可见的是一个3轴校准系统，它将被用来在探测器内的指定位置部署多个校准装置。
WCTE的物理学研究包括
- 切伦科夫光的产生/过程在大型探测器中可能难以研究。
- 能量标度校准
- 对于HK来说，能量尺度的不确定性应该在0.5%的范围内，而目前SK的误差是2%。
- 对能标和校准技术的研究将致力于减少大型探测器的能标不确定性。
- 二次衰变中子产生，用于SK-GD和HK的中微子/反中微子标记
- π介子散射
- 由于对氧上强子散射的建模有限，重建最终状态下的π介子可能具有挑战性。
将有两种光束配置，都是利用相同的粒子束。在第一种配置中，光束动量从300MeV/c到1500MeV/c不等。第二种配置允许研究低动量的π介子和质子。
