Стандартна модель фізики частинок була основним засобом пояснення, що таке основні складові речовини і як вони взаємодіють протягом десятиліть. Вперше запропонована в 1970-х, модель стверджує, що для кожної створеної частинки існує античастинка. Як така, тривала таємниця, поставлена цією моделлю, тому Всесвіт може існувати, якщо теоретично складається з рівних частин речовини і антиматерії.
Ця уявна невідповідність, відома як порушення парності заряду (CP), була предметом експериментів протягом багатьох років. Але поки що жодної остаточної демонстрації за це порушення не було, чи скільки стільки матерії може існувати у Всесвіті без свого колеги. Але завдяки новим висновкам, оприлюдненим міжнародною співпрацею «Токай-Каміока» (T2K), ми можемо стати на крок ближче до розуміння того, чому існує така невідповідність.
Вперше спостережуване в 1964 р. Порушенням КП пропонується, що за певних умов закони зарядної симетрії та симетричності паритету (т.к. CP-симетрія) не застосовуються. Ці закони стверджують, що фізика, яка керує частиною, повинна бути однаковою, якби вона була змінена з її античастиною, тоді як її просторові координати будуть перевернуті. З цього спостереження виникла одна з найбільших космологічних загадок.
Якщо закони, що регулюють матерію та антиматерію, однакові, то чому саме Всесвіт так переважає матерія? Крім того, якщо матерія та антиматерия принципово відрізняються, то як це відповідає нашим уявленням про симетрію? Відповідь на ці питання важливий не тільки в частині наших переважаючих космологічних теорій, вони також є сутнісними для розуміння того, як працюють слабкі взаємодії, що керують частинками.
Створена в червні 2011 року міжнародна співпраця T2K - це перший експеримент у світі, присвячений відповіді на цю таємницю шляхом вивчення нейтрино та антинейтринових коливань. Експеримент починається з пучків мюонних нейтрино (або мюонних антинейтрино), що утворюються в Японському дослідному комплексі протонних акселераторів (J-PARC), які потім вистрілюються у детектор Супер-Каміоканде на відстані 295 км.
На даний момент цей детектор є одним з найбільших і найдосконаліших у світі, присвячений виявленню та вивченню сонячних та атмосферних нейтрино. Коли нейтрино подорожує між двома об'єктами, вони змінюють "аромат" - переходячи від мюонних нейтрино або антинейтрино до електронних нейтрино або антинейтрино. Під час моніторингу цих пучків нейтрино та антинейтрино експеримент спостерігає за різними темпами коливань.
Ця різниця у коливаннях показала б, що між частинками та античастинками спостерігається дисбаланс, і таким чином надаватимуться вперше остаточні докази порушення СР. Це також вказувало б на те, що є фізика поза стандартною моделлю, яку вчені ще не повинні дослідити. У квітні минулого року було випущено перший набір даних, створений T2K, який дав певні результати.
Як зазначив нещодавно в прес-релізі Марк Хартц, співробітник T2K та доцент проекту Kavli IPMU:
"Хоча набори даних ще занадто малі, щоб зробити переконливе твердження, ми помітили слабку перевагу великих порушень CP, і ми раді продовжувати збирати дані та робити більш чутливий пошук порушення CP".
Ці результати, які були нещодавно опубліковані в Листи з фізичного огляду, включити всі дані, що працюють з січня 2010 року по травень 2016 року. Загалом ці дані складали 7,482 х 1020 протони (в режимі нейтрино), які дали 32 нейтронових електронів і 135 мюонних нейтрино, і 7,471 × 1020 протони (в режимі антинейтрино), що дало 4 події проти нейтраліну електронів та 66 мюонних нейтрино.
Іншими словами, перша партія даних дала деякі докази порушення CP та з довірчим інтервалом у 90%. Але це лише початок, і очікується, що експеримент триватиме ще десять років до завершення. "Якщо нам пощастить і ефект порушення СР великий, ми можемо очікувати 3 доказів сигми, або приблизно 99,7% рівня довіри, для порушення КП до 2026 року", - сказав Хартц.
Якщо експеримент виявиться успішним, фізики, нарешті, зможуть відповісти, як це сталося, що рання Всесвіт не знищила себе. Можливо, також допоможе розкрити аспекти Всесвіту, до яких фізики частинок прагнуть потрапити! Саме тут, ймовірно, знайдеться відповіді на найглибші таємниці Всесвіту, як, наприклад, як всі його основні сили поєднуються разом.
