A részecskefizika standard modellje volt a meghatározó eszköz annak elmagyarázására, hogy mi az anyag alapvető építőelemei, és hogyan működnek együtt egymással évtizedek óta. Az 1970-es években először javasolt modell azt állítja, hogy minden létrehozott részecskének van részecske-ellenes része. Mint ilyen, a modell által felvetett tartós rejtély az, amiért létezhet az Univerzum, ha az elméletileg az anyag és az antianyag egyenlő részéből áll.
Ezt a látszólagos egyenlőtlenséget, a díj-paritás (CP) megsértésének nevezik, évek óta kísérleteknek vetik alá. De eddig még nem történt egyértelmű bizonyítás erre a jogsértésre, vagy arra, hogy mennyi anyag létezhet az univerzumban a megfelelője nélkül. De a Tokai-to-Kamioka (T2K) nemzetközi együttműködés által közzétett új eredményeknek köszönhetően egy lépéssel közelebb kerülhetünk annak megértéséhez, hogy miért létezik ez a különbség.
Először 1964-ben figyelték meg a CP megsértését, amely szerint bizonyos feltételek mellett a töltés-szimmetria és a paritás-szimmetria (más néven CP-szimmetria) törvényei nem vonatkoznak. Ezek a törvények kimondják, hogy a részecskét irányító fizikának azonosnak kell lennie, ha cseréljük ki annak részecske-ellenes részeivel, míg a térbeli koordinátái fordítva vannak. Ebből a megfigyelésből derült ki az egyik legnagyobb kozmológiai misztérium.
Ha az anyagot és az antianyagot szabályozó törvények ugyanazok, akkor miért van az, hogy az Univerzum annyira az anyag uralja? Alternatív megoldásként, ha az anyag és az antianyag alapvetően különböznek egymástól, akkor hogyan áll ez összhangban a szimmetria fogalmainkkal? E kérdések megválaszolása nemcsak az uralkodó kozmológiai elméleteink szempontjából fontos, ők is elengedhetetlenek annak megértéséhez, hogy a részecskék irányító gyenge interakciók hogyan működnek.
A 2011. júniusában létrehozott nemzetközi T2K együttműködés az első kísérlet a világon, amelynek célja a rejtély megválaszolása neutrino és anti-neutrino rezgések tanulmányozásával. A kísérlet azzal kezdődik, hogy a japán protongyorsító kutató komplexumban (J-PARC) nagymértékű neutronos (vagy muon-anti-neutrinos) sugárkat generálunk, amelyeket azután 295 km-re lévő Super-Kamiokande detektor felé robbantunk fel.
Ez a detektor jelenleg a világ legnagyobb és legkifinomultabb érzékelője, amely nap- és légköri neutrínók detektálására és tanulmányozására szolgál. Ahogy a neutrínók a két létesítmény között haladnak, megváltoznak az „íz” - a muonneutrinókról vagy anti-neutrinosokról elektronneutronokra vagy anti-neutrinókra változnak. Ezen neutrino és anti-neutrino sugarak megfigyelésénél a kísérlet különböző oszcillációs sebességeket figyel.
Ez az eltérés az oszcillációban azt mutatja, hogy egyensúlyhiány van a részecskék és a részecskék között, és így első ízben bizonyítékot nyújt a CP megsértésére. Ez azt is jelzi, hogy létezik a szabványmodellön túl a fizika, amelyet a tudósoknak még nem kell vizsgálniuk. Tavaly áprilisban megjelent a T2K által előállított első adatkészlet, amely néhány mondható eredményt nyújtott.
Ahogyan Mark Hartz, a T2K munkatársa és a Kavli IPMU Projekt-asszisztens egy közelmúltbeli sajtóközleményben mondta:
"Noha az adatkészletek még mindig kicsik ahhoz, hogy meggyőző nyilatkozatot tegyünk, gyenge preferenciát tapasztaltunk a nagyméretű CP-sértés iránt, és izgatottak vagyunk az adatgyűjtés folytatása és a CP-sértés érzékenyebb keresése érdekében."
Ezek az eredmények, amelyeket nemrégiben tettek közzé a Fizikai áttekintő levelek, tartalmazzák az összes adatot 2010. január és 2016. május között. Összességében ezek az adatok 7 482 x 10 voltak20 protonok (neutrino módban), amelyek 32 elektronneutronó és 135 muon neutrinoeseményt eredményeztek, és 7 471 × 1020 protonok (antineutrino módban), amelyek 4 elektron anti-neutrino és 66 muon neutrino eseményt eredményeztek.
Más szavakkal, az első adatsor bizonyítékot szolgáltatott a CP megsértésére, 90% -os megbízhatósági intervallummal. De ez még csak a kezdet, és a kísérlet várhatóan további tíz évig tart majd, mielőtt a csomagolást befejezzük. "Ha szerencsések vagyunk és a CP-sértés hatása nagy, akkor 2026-ra 3 szigma bizonyítékra vagy kb. 99,7% -os megbízhatósági szintre számíthatunk" - mondta Hartz.
Ha a kísérlet sikeresnek bizonyul, a fizikusok végre meg tudják válaszolni, hogy az a tény, hogy a korai világegyetem nem pusztította el magát. Valószínűleg az is segít, hogy felfedjük az univerzum azon aspektusait, amelyekbe a részecskefizikusok vágyakoznak! Mert itt valószínűleg megtalálják a válaszokat az univerzum legmélyebb titkaira, például annak minden alapvető erejének összeillesztésére.
