Японські фізики вивчили причину баріонів асиметрії – порушення симетрії між матерією і антиматерією, які могли б пояснити, чому у Всесвіті взагалі існує речовина. Їм вдалося розкрити найпереконливіший на сьогоднішній день доказ, що дисбаланс виник через поведінку нейтрино. Стаття вчених опублікована в журналі Nature.
Дослідники спостерігали за осциляціями нейтрино в рамках експерименту T2K (Tokai to Kamioka). Осциляції нейтрино – це явище, при якому нейтрино змінюють свій сорт. В даному випадку фізиків цікавив перехід мюонних нейтрино і мюонних антинейтрино в їх «дзеркальні» форми – електронні нейтрино і електронні антинейтрино, відповідно.
Однією з необхідних умов переважання матерії над антиматерією, що спостерігається в сучасному Всесвіті, є порушення симетрії заряду-парності (СР-симетрії), тобто закони фізики не залишаються незмінними для частинок, яких перетворили на відповідні античастинки і одночасно дзеркально відбили. Порушення СР-симетрії спостерігалося для кварків, проте величина цього порушення виявилася недостатньою для пояснення баріонів асиметрії. T2K призначений для пошуку СР-порушення в нейтронних осциляціях.
В ході T2K пучок мюонних нейтрино і антинейтрино генерувався в протонному прискореному комплексі J-PARC поблизу села Токай на східному узбережжі Японії. Частинки долали 295 кілометрів і реєструвалися нейтринним детектором «Супер-Каміоканде» в шахті Каміока. При цьому їх сорт міг змінюватися в ході нейтронних осциляцій.
Ступінь порушення симетрії визначається параметром δ, який може приймати значення від -180 градусів до 180 градусів. Якщо параметр дорівнює нулю або 180 градусам, то нейтрино і антинейтрино змінять свій сорт схожим чином, не порушуючи CP-симетрії. Однак δ може посилювати осциляції нейтрино або антинейтрино, приймаючи значення -90 градусів або 90 градусів відповідно. Дослідники зробили поправку на посилення осциляції, викликане тим фактом, що детектори зроблені з речовини, а не антиречовини.
Отримані результати в найбільшою мірою відповідали значенням δ в -90 градусів, і в найменшій – діапазону від 2 до 165 градусів на рівні статистичної значущості в 99,7 відсотка, що відповідає трьом сигмам, або трьом стандартним відхиленням. У той же час чутливості експерименту поки недостатньо для точного визначення, порушується CP-симетрія чи ні. Для цього необхідна статистична значимість, яка відповідає п’яти сигмам. Надалі вчені збираються модернізувати експериментальні установки.
