Различие в скорости осцилляций нейтрино и её античастицы — антинейтрино, обнаруженная ещё несколько лет назад, подтвердилось в новом эксперименте, проведённом на установке T2K в Японии. Это указывает на нарушение фундаментальной CP-симметрии и может объяснить, почему в нашей Вселенной количество вещества не равно количеству антивещества.
Стандартная модель физики элементарных частиц описывает основные строительные элементы материи и то, как они взаимодействуют между собой. В этой модели у каждой частицы существует своя античастица (и только для частицы света, фотона, античастицой является сам фотон). Однако Стандартная модель не может объяснить, почему в нашей Вселенной сегодня количество материи и антиматерии не совпадает. Действительно, если бы антиматерии было бы столько же, сколько и материи, то они бы друг с другом анигилировали, уничтожив и звёзды, и галактики.
Это нарушение симметрии, называемое в фундаментальной физики нарушением зарядовой четности (Charged Parity, СР), уже наблюдалось экспериментально, но его его измеренная величина оказалась недостаточной для объяснения такого большого количества материи, которое наблюдается во Вселенной.
Международная коллаборация T2K (Tokai-to-Kamioka) — это первый эксперимент в мире, который целенаправленно ищет нарушение СР-симметрии в осцилляциях нейтрино и антинейтрино. Для этого мощные пучки мюонных нейтрино (или мюонных антинейтрино), рождаемые на протонном ускорителе в J-PARC на восточном побережье Японии, направляются в огромный нейтринный детектор Super-Kamiokande, расположенный на расстоянии в 295 км, в префектуре Гифу. По пути нейтрино и антинейтрино совершают осцилляции — то есть спонтанно меняют свой «аромат», превращаясь из мюонных нейтрино или антинейтрино, в электронные. Различие в скоростях этих осцилляций колебаний для нейтрино и антинейтрино стало бы доказательством асимметрии между частицами и античастицами и признаками Новой физики за пределами Стандартной модели.
Первые данные, полученные T2K, были опубликованы ещё в апреле. В них были обнаружены 32 электронных нейтрино и 4 электронных антинейтрино, в то время как Стандартная модель предсказывала 23 электронных нейтрино и 7 электронных антинейтрино.
Этих данных, однако, всё ещё недостаточно, чтобы сделать окончательные выводы, поэтому работы по набору статистики были продолжены. Недавно эксперимент T2K завершил сбор второго набора данных, который удвоил общий объём данных. Результаты их обработки, как ожидается, будут представлены позднее в этом году.
Если повезёт, и эффект нарушения СР-симметрии, действительно, так велик, как это наблюдалось в предыдущих экспериментах, то к 2026 году T2K наберёт достаточно данных, чтобы обнаружить это нарушение со статистической значимость 3 сигма.
Возможное нарушение CP-симметрии, кстати, не единственная причина, почему именно нейтринная физика может принести прорыв в наше понимание природы. Недавно мы составили список из ещё пяти причин обратить на это направление науки более пристальное внимание.