Dovezile tot mai mari sugerează că neutrinii sunt cheia de ce antimateria este rară

Particulele subatomice minuscule numite neutrini ar putea ajuta să răspundă la o întrebare foarte mare: de ce există ceva.

Un nou rezultat reafirmă indicii anterioare că neutrinii se comportă diferit față de omologii lor cu antimaterie, antineutrinii, fizicienii cu raportul experimentului cu neutrini T2K. Dacă este confirmată, divergența particulelor ar putea ajuta la dezvăluirea modului în care universul a evitat să devină un pustiu gol.

Cosmosul este plin de materie. Omologul său, antimateria, este mult mai puțin comun. Dar în cosmosul nou-născut, ambele au existat în egală măsură. Deoarece materia și particulele de antimaterie se anihilează reciproc atunci când se unesc, asta ar fi trebuit să lase cosmosul plin de nimic altceva decât de energie.

Pentru ca universul să se fi format așa cum îl cunoaștem, ceva trebuie să fi înclinat balanța spre materie. Noul rezultat, dacă va fi întărit de măsurători viitoare, ar susține o bănuială de lungă durată că neutrinii sunt cheia pentru a explica modul în care materia a câștigat.

„Acest lucru este cu siguranță foarte interesant și motivant”, spune fizicianul în neutrini Georgia Karagiorgi de la Universitatea Columbia, care nu a fost implicat în studiu. Oamenii de știință T2K au refuzat să comenteze despre lucrarea, publicată pe 9 octombrie pe arXiv.org, deoarece rezultatul nu a fost încă evaluat.

Fiecare particulă de materie cunoscută are o imagine în oglindă a antimateriei cu sarcina electrică opusă. Analogul de antimaterie al unui electron, de exemplu, este un pozitron. De obicei, materia și antimateria se comportă în mod similar, în afară de sarcinile lor opuse. Dar cele două pot diverge uneori, un efect cunoscut sub numele de încălcare a CP (pentru „paritatea taxei”). Dacă neutrinii încalcă CP astăzi, sugerează teoriile, primele momente ale universului ar fi putut fi afectate de încălcări suplimentare ale CP, care ar explica modul în care a predominat materia.

Pentru a testa încălcarea CP la neutrini, cercetătorii T2K au trimis fascicule compuse din neutrini sau antineutrini pe o călătorie de aproape 300 de kilometri prin Japonia la un detector subteran de la Observatorul Kamioka din Hida. Exista un motiv pentru călătoria lungă: pe măsură ce călătoresc, neutrinii pot oscila, ceea ce înseamnă că se transformă între trei tipuri de particule – neutrini electronici, neutrini muoni și neutrini tau. Același lucru este valabil și pentru antineutrini.

Fasciculele T2K constau inițial din neutrini muoni sau antineutrini muoni. Cercetătorii au numărat cât de des particulele s-au transformat în neutrini electronici sau antineutrini electronici. Colectate pe parcursul a aproape un deceniu, datele sugerează că neutrinii au oscilat mai mult decât se aștepta, în timp ce antineutrinii au oscilat mai puțin decât se aștepta – un semn al încălcării CP.

Rezultatul continuă o „acumulare lentă” de dovezi pentru încălcarea CP la neutrini, spune fizicianul neutrinilor Jonathan Link de la Virginia Tech din Blacksburg. Rezultatele anterioare de la T2K au arătat semne timpurii de încălcare a CP (SN: 8/8/17). Dar noile rezultate limitează cantitatea de încălcare a CP – măsurată printr-o cantitate cunoscută sub numele de delta CP – mai bine decât oricând.

Pentru prima dată, cercetătorii încep să restrângă valorile potențiale ale delta CP, concluzionand cu o semnificație de trei sigma, sau aproximativ un nivel de încredere de 99,7 la sută, că anumite valori nu sunt posibile. Totuși, oamenii de știință încă nu sunt în măsură să spună dacă are loc încălcarea CP.

Este o perioadă emoționantă să fii fizician în neutrini, spune Patricia Vahle de la William & Mary din Williamsburg, Virginia. „Ne apropiem de lucruri pe care am vrut să le măsurăm de mult, de mult timp acum, așa că fiecare mic pas înainte este frumos. emoționant”, spune ea.