Стандартният модел на физиката на частиците е преобладаващото средство за обяснение какви са основните градивни елементи на материята и как те взаимодействат в продължение на десетилетия. За първи път предложен през 70-те години, моделът твърди, че за всяка създадена частица има античастица. Като такава, трайна загадка, поставена от този модел е защо Вселената може да съществува, ако теоретично е съставена от равни части материя и антиматерия.
Това привидно различие, известно като нарушение на паритета на заряда (CP), е обект на експерименти в продължение на много години. Но досега не са направени окончателни демонстрации за това нарушение или колко много материя може да съществува във Вселената без нейния партньор. Но благодарение на новите констатации, публикувани от международното сътрудничество Tokai-to-Kamioka (T2K), може да сме една крачка по-близо до разбирането защо това несъответствие съществува.
За първи път наблюдавано през 1964 г., нарушаването на СР предлага при определени условия законите на симетрията на заряда и симетрията на четността (известна още като CP-симетрия). Тези закони гласи, че физиката, която управлява дадена частица, трябва да бъде еднаква, ако тя се сменя с нейната античастица, докато пространствените й координати биха били обърнати. От това наблюдение възникна една от най-големите космологични мистерии.
Ако законите, които управляват материята и антиматерията, са едни и същи, тогава защо Вселената е толкова доминирана от материята? Алтернативно, ако материята и антиматерията са коренно различни, тогава как това съответства на представите ни за симетрия? Отговорът на тези въпроси е важен не само доколкото преобладават нашите космологични теории, но и са присъщи на разбирането как работят слабите взаимодействия, които управляват частиците.
Създадена през юни 2011 г., международното T2K сътрудничество е първият експеримент в света, посветен на отговор на тази мистерия чрез изучаване на неутрино и анти-неутрино трептения. Експериментът започва с високоинтензивни лъчи на муонни неутрино (или муонни анти-неутрино), генерирани в Японския протонно-ускорителен изследователски комплекс (J-PARC), които след това се изстрелват към детектора Super-Kamiokande на 295 км.
Понастоящем този детектор е един от най-големите и най-сложни в света, посветен на откриването и изследването на слънчеви и атмосферни неутрино. Докато неутрино пътуват между двете съоръжения, те променят "аромат" - преминавайки от муонни неутрино или анти-неутрино към електронни неутрино или анти-неутрино. При наблюдение на тези неутрино и анти-неутрино лъчи експериментът наблюдава различни скорости на трептене.
Тази разлика в колебанията би показала, че има дисбаланс между частиците и античастиците и по този начин ще предостави за първи път окончателно доказателство за нарушение на СР. Това също би означавало, че има физика извън стандартния модел, която учените все още не трябва да проучат. През изминалия април бе пуснат първият набор от данни, произведен от T2K, който даде известни резултати.
Както Марк Хартц, сътрудник на T2K и асистент по проекта на Kavli IPMU, заяви в неотдавнашна прессъобщение:
„Въпреки че наборите от данни са все още твърде малки, за да направят категорично изявление, видяхме слабо предпочитание за голямо нарушение на CP и се радваме да продължим да събираме данни и да направим по-чувствително търсене на нарушение на CP“.
Тези резултати, които бяха публикувани наскоро в Писма за физически преглед, включва всички тиражи на данни от януари 2010 г. до май 2016 г. Общо тези данни са 7.482 x 1020 протони (в неутрино режим), които дават 32 електронни неутрино и 135 мюонни неутрино събития, и 7.471 × 1020 протони (в режим на антинейтрино), които дават 4 електронни анти-неутрино и 66 мюонни неутрино събития.
С други думи, първата партида от данни предостави някои доказателства за нарушение на CP и с интервал на доверие от 90%. Но това е само началото и се очаква експериментът да продължи още десет години, преди да приключи. „Ако имаме късмет и ефектът от нарушение на CP е голям, може да очакваме 3 sigma доказателства или около 99,7% ниво на доверие за нарушение на CP до 2026 г.“, каза Hartz.
Ако експериментът се окаже успешен, физиците най-накрая могат да отговорят как е, че ранната Вселена не се е унищожила. Вероятно ще помогне и да се разкрият аспекти на Вселената, в които физиците на частици имат желание да влязат! За това тук вероятно ще бъдат намерени отговорите на най-дълбоките тайни на Вселената, например как всички нейни основни сили се съединяват.
