Ważna publikacja w „Nature” o materii i antymaterii

Dlaczego we Wszechświecie jest więcej materii niż antymaterii? Międzynarodowa grupa naukowców ogłosiła 15 kwietnia znaczące wyniki badań, które przybliżają nas do rozwiązania tej zagadki. W projekcie T2K uczestniczą Polacy, w tym uczeni z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN. 

Wnętrze detektora Super Kamiokande

Eksperyment T2K (Tokai-to-Kamioka) zlokalizowany jest w Japonii. Jego celem jest badanie neutrin, czyli niemal bezmasowych, pozbawionych ładunku elektrycznego, niezmiernie trudnych do obserwacji cząstek elementarnych. 

Podróż neutrin 

W mieście Tokai na wschodzie Japonii produkuje się neutrina (w akceleratorze J-PARC). Zaraz po wytworzeniu obserwuje się je w bliskim detektorze ND280. Następnie neutrina wypuszczane są pod ziemią i po przebyciu 300 km przez skały trafiają do wielkiego detektora Super-Kamiokande, położonego niedaleko miejscowości Kamioka na zachodzie kraju. 

Tutaj naukowcy badają zmiany zachodzące w składzie wiązki neutrin. Rezultat opisany w czasopiśmie „Nature” to efekt wieloletnich, wyrafinowanych pomiarów i zaawansowanych analiz. 

Tajemnicza asymetria 

Uważa się, że na początku Wszechświata materia i antymateria powstały w równych ilościach. Teraz jednak materia dominuje nad antymaterią. Dlaczego tak jest? To jedno z najbardziej intrygujących pytań fizyki. 

Naukowcy sądzą, że niezbędnym warunkiem było łamanie tzw. symetrii ładunkowo-przestrzennej (CP, ang. charge-parity symmetry). Dotąd zjawisko to obserwowano jedynie dla kwarków (z których zbudowane są protony i neutrony, czyli składniki jądra atomowego). Wyniki eksperymentu T2K sugerują jednak, że symetria CP może być również łamana w oscylacjach neutrin. Uczeni dostrzegli bowiem fundamentalne różnice w zachowaniu neutrin i antyneutrin w detektorze Super-Kamiokande. 

Badacze podkreślają, że to ważne obserwacje, ale potrzebna jest teraz analiza większej ilości danych. Zapowiadają modyfikację eksperymentu, aby zwiększyć dokładność pomiarów. 

Szczegółowy opis wyników badań można znaleźć na stronie Instytutu Fizyki Jądrowej PAN. 

Polski wkład w badania 

Eksperyment T2K to wspólny wysiłek ok. 500 uczonych z 12 krajów. Polskę reprezentują zespoły z 6 ośrodków naukowych. Są to: Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Uniwersytet Śląski, Narodowe Centrum Badań Jądrowych, Politechnika Warszawska, Uniwersytet Warszawski i Uniwersytet Wrocławski. 

Polscy fizycy są zaangażowani w budowę i obsługę aparatury pomiarowej, rozwijanie oprogramowania, zbieranie danych, prowadzenie analiz. Przewodniczą też grupom roboczym oraz biorą udział w komitetach doradczych i zarządzających współpracą.