Modelul standard al fizicii particulelor a fost mijlocul predominant de a explica care sunt elementele de bază ale materiei și modul în care acestea interacționează de zeci de ani. Propus pentru prima dată în anii ’70, modelul susține că pentru fiecare particulă creată, există o anti-particule. Ca atare, un mister durabil prezentat de acest model este motivul pentru care Universul poate exista dacă teoretic este format din părți egale ale materiei și antimaterie.
Această diferență aparentă, cunoscută sub numele de încălcarea taxei-paritate (CP), a făcut obiectul unor experimente timp de mai mulți ani. Însă până acum, nu s-a făcut nicio demonstrație definitivă pentru această încălcare sau cât de multă materie poate exista în Univers fără omologul ei. Dar, datorită noilor descoperiri lansate de colaborarea internațională Tokai-to-Kamioka (T2K), putem fi cu un pas mai aproape de a înțelege de ce există această disparitate.
Observați pentru prima dată în 1964, încălcarea CP propune ca în anumite condiții, legile privind simetria sarcinii și paritatea-simetria (de asemenea, simetria CP) să nu se aplice. Aceste legi afirmă că fizica care guvernează o particulă ar trebui să fie aceeași dacă ar fi schimbată cu antiparticulul său, în timp ce coordonatele sale spațiale ar fi inversate. Din această observație a apărut unul dintre cele mai mari mistere cosmologice.
Dacă legile care guvernează materia și antimateria sunt aceleași, atunci de ce Universul este atât de dominat de materie? Alternativ, dacă materia și antimateria sunt fundamental diferite, atunci cum se potrivește aceasta cu noțiunile noastre de simetrie? Răspunsul la aceste întrebări nu este important doar în ceea ce privește teoriile noastre cosmologice predominante, dar sunt, de asemenea, intrinseci înțelegerii modului în care funcționează interacțiunile slabe care guvernează particulele.
Înființată în iunie 2011, colaborarea internațională T2K este primul experiment din lume dedicat să răspundă acestui mister studiind oscilațiile neutrino și anti-neutrino. Experimentul începe cu fascicule de mare intensitate de neutrino-uri muon (sau anti-neutrino-uri muon) generate în Complexul de Cercetare a Acceleratorilor din Japonia (J-PARC), care sunt apoi tras către detectorul Super-Kamiokande la 295 km.
Acest detector este în prezent unul dintre cele mai mari și mai sofisticate din lume, dedicat detectării și studierii neutrinilor solari și atmosferici. Pe măsură ce neutrinii călătoresc între cele două facilități, aceștia schimbă „aroma” - trecând de la neutroni muoni sau anti-neutrini la neutroni electroni sau anti-neutrini. În monitorizarea acestor fascicule neutrino și anti-neutrino, experimentul urmărește diferite rate de oscilație.
Această diferență de oscilație ar arăta că există un dezechilibru între particule și antiparticule și ar oferi astfel prima probă definitivă a încălcării CP pentru prima dată. De asemenea, ar indica faptul că există fizică dincolo de Modelul Standard pe care oamenii de știință nu au încă sondat. În luna aprilie trecută, a fost lansat primul set de date produs de T2K, care a oferit câteva rezultate importante.
După cum a declarat Mark Hartz, colaborator T2K și profesor asistent de proiect Kavli IPMU într-un comunicat de presă:
„Deși seturile de date sunt încă prea mici pentru a face o declarație concludentă, am văzut o preferință slabă pentru încălcarea CP mare și suntem încântați să continuăm să colectăm date și să facem o căutare mai sensibilă pentru încălcarea CP.”
Aceste rezultate, care au fost publicate recent în documentul Scrisori de revizuire fizică, includ toate datele cuprinse între ianuarie 2010 și mai 2016. În total, aceste date au cuprins 7.482 x 1020 protoni (în modul neutrino), care a produs 32 neutroni electroni și 135 muoni neutrino evenimente, și 7.471 × 1020 protoni (în regim antineutrino), care a produs 4 electroni anti-neutrino și 66 muoni neutrino evenimente.
Cu alte cuvinte, primul lot de date a oferit unele dovezi pentru încălcarea CP și cu un interval de încredere de 90%. Dar acesta este doar începutul, iar experimentul se va desfășura încă zece ani înainte de încheiere. „Dacă avem noroc și efectul încălcării CP este mare, s-ar putea să ne așteptăm la 3 dovezi sigma sau aproximativ 99,7% nivel de încredere pentru încălcarea CP până în 2026”, a spus Hartz.
Dacă experimentul se dovedește a fi reușit, fizicienii ar putea în cele din urmă să răspundă cum este faptul că Universul timpur nu s-a anihilat. De asemenea, este probabil să vă dezvăluiți aspecte ale Universului în care fizicienii cu particule sunt nerăbdători să intre! Pentru că aici sunt probabil să se găsească răspunsurile la cele mai profunde secrete ale Universului, cum ar fi cum se potrivesc toate forțele sale fundamentale.
