Неутриното може да отговорят на въпроса, защо съществува Вселената

Супер детектора на неутрино в Камиока

По време на провеждащата се в момента в Чикаго Международна конференция по физика на високите енергии, колаборацията T2K представи доклад с резултатите от изследвания върху неутриното и антинеутриното. Учените са установили нарушения в СР-симетрията.

Възникнала в резултат на Големия взрив Вселена би следвало да е симетрична: в нея трябва да съществуват еднакви по количество материя и антиматерия. За това отговаря т.нар. CР-симетрия, принцип, съгласно който законите на физиката трябва да са еднакви, ако физична система бъде “отразена в огледало”, а цялата материя се замени с антиматерия. Днес обаче във Вселената преобладава материята, благодарение на което е възможно и нашето съществуване. В противен случай Вселената ще съдържа само фотони от неизбежната анихилация на частиците материя и антиматерия. Защо това е така, е един от най-интригуващите въпроси в съвременната наука.

Обяснение на наблюдаваното преобладаване на материята над антиматерията може да се обясни само с нарушаване в CP-симетрията. Това нарушение за пръв път е забелязано още през 1964 година (авторите печелят Нобелова награда по физика за 1980 година). То позволява на много тежките неутрални частици да се разпадат на неутрино с малко по-висока скорост, отколкото на антинеутрино, което създава дисбаланса в количеството вещество и антивещество. Без този процес просто нямаше да съществуваме.

Неутриното са слабовзаимодействащи с материята елементарни частици, съществуващи в три вида-“аромата”: електронно, мюонно и тау неутрино и антинеутрино, които могат да се превръщат едно в друго (да осцилират). Ако за тях се случи нарушаване на СР-симетрията, то ще се прояви под формата на различната вероятност за осцилации на неутрино и антинеутрино.

В експеримента на T2K (Tokai to Kamioka, “Токай до Камиока”) физиците най-напред изследват превръщането на мюонни неутрино в електронни неутрино, за пръв път открити през 2011 година. С наличното оборудване може да се извършат най-точните към днешна дата измервания за вероятността на тези осцилации и разликите между масите на неутриното. Сноп мюонни неутрино или антинеутрино се създава от ускорител на протони в изследователския комплекс J-PARC, който се намира край селцето Токай на източното крайбрежие на Япония. След това потокът изминава 295 километра и влиза в гигантския подземен детектор Супер Камиоканде в Камиока, недалеч от западното крайбрежие на Япония. В колаборацията T2K участват около 500 учени от 61 института от 11 държави по света.

В експериментите се наблюдава по-малка вероятност за появата на електронно антинеутрино, отколкото следва да се очаква, изхождайки от предположението, че СР-симетрията се запазва. Така, при наличието на съхранена СР-симетрия на 23 неутрино трябва да се появяват около 7 антинеутрино, докато при експериментите са регистрирани 32 електронни неутрино и само 4 електронни антинеутрино.

Физиците са предпазливи в заключенията си, затова подчертават, че резултатите от изследването на T2K далеч не са завършено откритие. По-скоро това е първата важна крачка за изясняване на въпроса за причините, поради които във Вселената преобладава материята.