Międzynarodowy zespół fizyków, uczestniczących w programie T2K w Japonii, poinformował w Sztokholmie, podczas konferencji Europejskiego Towarzystwa Fizycznego, o obserwacji nowego rodzaju przemian neutrin. Ogłoszone potwierdzenie przemiany neutrina mionowego w elektronowe może pomóc wyjaśnić jedną z najważniejszych współcześnie naukowych zagadek, dlaczego w znanym nam Wszechświecie materia dominuje nad antymaterią.
Neutrina, pozbawione ładunku i praktycznie nieoddziałujące z otoczeniem cząstki elementarne, występują w trzech tak zwanych stanach zapachowych. Obserwuje się neutrina mionowe, elektronowe i taonowe. Przemiany między nimi nazywamy oscylacjami.
Pierwsze przesłanki, że może dochodzić do przemiany neutrina mionowego w elektronowe pojawiły się w 2011 roku. Jak podkreśla profesor dr hab. Ewa Rondio, kierownik grupy neutrinowej Narodowego Centrum Badań Jądrowych, teraz po zebraniu 3,5 krotnie większej liczby danych, udało się to potwierdzić.
W eksperymencie T2K wiązka neutrin mionowych produkowana jest w kompleksie akceleratorowym J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) w miejscowości Tokai na wschodnim wybrzeżu Japonii. Monitorowana na wyjściu przez zespół detektorów wiązka jest wycelowana w kierunku znajdującego po drugiej stronie wyspy, w odległości 295 km, gigantycznego podziemnego detektora Super-Kamiokande w Kamioka.
Eksperyment T2K ma tę unikalną cechę, że pozwala na bezpośrednią obserwację neutrin o innym zapachu niż te, które zostały pierwotnie wytworzone. Analiza danych otrzymanych w Super-Kamiokande wskazuje, że w dochodzącej wiązce jest więcej neutrin elektronowych niż należałoby się tego spodziewać nie uwzględniając zjawiska oscylacji - tłumaczy dr Paweł Przewłocki z NCBJ, jeden z uczestników eksperymentu. W toku badań powinniśmy znaleźć 4.6 neutrin elektronowych a otrzymaliśmy ich 28. Jest to dowód na przekształcenie neutrin mionowych w elektronowe - dodaje. Prawdopodobieństwo, że zaobserwowana nadwyżka neutrin elektronowych może być wynikiem przypadkowej fluktuacji statystycznej, jest mniejsze niż jeden do biliona.
Obserwacja nowego rodzaju oscylacji otwiera drogę do badania tzw. łamania symetrii ładunkowo-przestrzennej (CP), które umożliwia rozróżnienie pomiędzy materią i antymaterią. Dotychczas obserwowano łamanie tej symetrii tylko dla kwarków. Łamanie symetrii CP w oddziaływaniach neutrin na bardzo wczesnym etapie ewolucji Wszechświata może być przyczyną obserwowanej dominacji materii nad antymaterią.
Zarejestrowany przez T2K rodzaj oscylacji neutrin jest wrażliwy na możliwe łamanie symetrii CP, następnym więc celem tego i innych podobnych eksperymentów będzie intensywne poszukiwanie tego zjawiska. Naukowcy w ramach T2K planują zebranie w bliskiej przyszłości 10 razy większej liczby danych, a także przeprowadzenie doświadczenia dla wiązki antyneutrin. Porównanie oscylacji neutrin i antyneutrin może być źródłem informacji o ewentualnym łamaniu symetrii CP.
Eksperyment T2K prowadzi międzynarodowy zespół naukowców. Wśród 400 fizyków z 59 instytucji z 11 krajów, są także Polacy. To 25 osób z 6 ośrodków naukowych: Instytutu Fizyki Jądrowej PAN, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Politechniki Warszawskiej, Uniwersytetu Śląskiego, Uniwersytetu Warszawskiego i Uniwersytetu Wrocławskiego.
Na podstawie materiałów prasowych NCBJ.