La foarte devreme univers, la scurt timp după Big Bang, "importanţă„și „antimateria” au existat ambele în cantitate egală. Cu toate acestea, din motive necunoscute până acum, "importanţă' domină prezentul univers. Cercetătorii T2K au arătat recent apariția unei posibile încălcări a parității încărcării în neutrini și a oscilațiilor anti-neutrini corespunzătoare. Acesta este un pas înainte pentru a înțelege de ce importanţă domină univers.
Big Bang-ul (care a avut loc acum aproximativ 13.8 miliarde de ani) și alte teorii conexe ale fizicii sugerează că primele univers a fost radiația „dominantă” și „importanţă' si 'antimaterie' a existat în cantitate egală.
Dar univers despre care știm astăzi că „materia” este dominantă. De ce? Acesta este unul dintre cele mai interesante mistere ale univers. (1).
univers despre care știm astăzi că a început cu cantități egale de „materie” și „antimaterie”, ambele au fost create în perechi, așa cum ar cere legea naturii și apoi au fost anihilate în mod repetat producând radiații cunoscute sub numele de „radiația de fond cosmică”. În aproximativ 100 de microsecunde de la Big Bang, materia (particulele) a început cumva să depășească antiparticulă cu una din fiecare miliard și în câteva secunde toată antimateria a fost distrusă, lăsând în urmă doar materie.
Care este procesul sau mecanismul care ar crea acest tip de diferență sau asimetrie între materie și antimaterie?
În 1967, fizicianul teoretician rus Andrei Saharov a postulat trei condiții necesare pentru ca un dezechilibru (sau producție de materie și antimaterie în ritmuri diferite) să apară în univers. Prima condiție Saharov este încălcarea numărului barion (un număr cuantic care rămâne conservat într-o interacțiune). Înseamnă că protonii s-au degradat extrem de lent în particule subatomice mai ușoare, cum ar fi un pion neutru și un pozitron. În mod similar, un antiproton s-a degradat într-un pion și un electron. A doua condiție este încălcarea simetriei de conjugare a încărcăturii, C și a simetriei de conjugare a sarcinii-paritate, CP numită și încălcarea parității încărcăturii. A treia condiție este ca procesul care generează asimetria barionică să nu fie în echilibru termic din cauza expansiunii rapide, scăzând apariția anihilării perechilor.
Este al doilea criteriu al lui Saharov de încălcare a CP, care este un exemplu de un fel de asimetrie între particule și antiparticulele lor care descrie modul în care se degradează. Comparând modul în care particulele și antiparticulele se comportă, adică modul în care se mișcă, interacționează și se degradează, oamenii de știință pot găsi dovezi ale acestei asimetrii. Încălcarea CP oferă o dovadă că unele procese fizice necunoscute sunt responsabile pentru producția diferențială de materie și antimaterie.
Se știe că interacțiunile electromagnetice și „puternice” sunt simetrice sub C și P și, în consecință, sunt și simetrice sub produsul CP (3). „Cu toate acestea, acesta nu este neapărat cazul „interacțiunii slabe”, care încalcă atât simetriile C, cât și P. spune prof. BA Robson. El mai spune că „încălcarea CP în interacțiunile slabe implică faptul că astfel de procese fizice ar putea duce la încălcarea indirectă a numărului de barion, astfel încât crearea materiei ar fi preferată în locul creării antimateriei”. Particulele non-quark nu prezintă încălcări CP, în timp ce încălcarea CP în quarci este prea mică și sunt nesemnificative pentru a avea o diferență în crearea materiei și antimateriei. Deci, încălcarea CP în leptoni (neutrini) devin importante și dacă se dovedește atunci ar răspunde de ce univers este materia dominantă.
Deși încălcarea simetriei CP nu a fost încă dovedită în mod concludent (1), dar constatările raportate recent de echipa T2K arată că oamenii de știință sunt cu adevărat aproape de aceasta. S-a demonstrat pentru prima dată că tranziția de la particulă la electron și neutrino este favorizată față de tranziția de la antiparticulă la electron și antineutrin, prin experimente extrem de sofisticate la T2K (Tokai la Kamioka) (2). T2K se referă la o pereche de laboratoare, Complexul japonez de cercetare a acceleratorului de protoni (J-Parc) din Tokai și observatorul subteran de neutrini Super-Kamiokande din Kamioka, Japonia, despărțite de aproximativ 300 km. Acceleratorul de protoni de la Tokai a generat particulele și antiparticulele din coliziuni cu energie înaltă, iar detectorii de la Kamioka au observat neutrinii și omologii lor antimaterie, antineutrini, făcând măsurători foarte precise.
După analiza mai multor ani de date la T2K, oamenii de știință au reușit să măsoare parametrul numit delta-CP, care guvernează ruperea simetriei CP în oscilația neutrinilor și au descoperit nepotrivirea sau o preferință pentru creșterea ratei neutrinilor, care poate duce în cele din urmă la confirmarea încălcării CP în modul în care neutrinii și antineutrinii au oscilat. Rezultatele găsite de echipa T2K sunt semnificative la o semnificație statistică de 3-sigma sau un nivel de încredere de 99.7%. Este o realizare de hotar, deoarece confirmarea încălcării CP care implică neutrini este legată de dominația materiei în univers. Experimente ulterioare cu o bază de date mai mare vor testa dacă această încălcare a simetriei CP leptonice este mai mare decât încălcarea CP în quarci. Dacă este așa, atunci vom avea în sfârșit răspunsul la întrebarea De ce univers este materia dominantă.
Deși experimentul T2K nu stabilește în mod clar că a avut loc încălcarea simetriei CP, dar este o piatră de hotar în sensul că arată în mod concludent o preferință puternică pentru o rată îmbunătățită a neutronilor electronici și ne duce mai aproape de a demonstra apariția încălcării simetriei CP și, în cele din urmă, de răspunde „de ce univers este materia dominantă”.
***
Referinte:
1. Universitatea din Tokyo, 2020. „Rezultatele T2K limitează valorile posibile ale fazei Neutrino CP -…..” Comunicat de presă publicat la 16 aprilie 2020. Disponibil online la http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Accesat pe 17 aprilie 2020.
2. The T2K Collaboration, 2020. Constrângere asupra fazei de violare a simetriei materie-antimaterie în oscilațiile neutrinilor. Nature volum 580, paginile 339–344(2020). Publicat: 15 aprilie 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. Problema asimetriei materie-antimaterie. Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
