Звезды, галактики, планеты-почти все, что составляет нашу повседневную жизнь, обязано своим существованием космическому капризу.
Природа этой причуды, позволившей материи доминировать во Вселенной за счет антиматерии, остается загадкой.
Теперь результаты эксперимента в Японии могут помочь исследователям решить головоломку-одну из самых больших в науке.
Это зависит от разницы в том, как ведут себя частицы материи и антиматерии.
Знакомый нам мир-включая все повседневные предметы, к которым мы можем прикоснуться - состоит из материи. Фундаментальными строительными блоками материи являются субатомные частицы, такие как электроны, кварки и нейтрино.
Но у материи есть теневой двойник, называемый антиматерией. Каждая субатомная частица обычного вещества имеет соответствующую "античастицу".
Сегодня во Вселенной гораздо больше материи, чем антиматерии. Но так было не всегда.
Большой взрыв должен был создать материю и антиматерию в равных количествах.
"Когда физики частиц создают новые частицы в ускорителях, они всегда обнаруживают, что они производят пары частица-античастица: для каждого отрицательного электрона-положительно заряженный позитрон (аналог антиматерии электрона)", - сказал профессор Ли Томпсон из Университета Шеффилда, член 350-сильного сотрудничества T2K, в которое входит относительно большое количество ученых из университетов Великобритании.
- Так почему же Вселенная не состоит на 50% из антивещества? Это давняя проблема космологии - что случилось с антиматерией?"
Однако, когда частица материи встречается со своей античастицей, они "аннигилируют" - исчезают во вспышке энергии.
В течение первых долей секунды Большого Взрыва горячая, плотная Вселенная бурлила с появлением и исчезновением пар частица-античастица. Без какого-либо другого, неизвестного механизма в игре, Вселенная не должна содержать ничего, кроме оставшейся энергии.
"Это было бы довольно скучно, и нас бы здесь не было",-сказал Би-би-си профессор Стефан Зельднер-Ремболд, руководитель группы физики элементарных частиц в Университете Манчестера.
Так что же случилось, чтобы нарушить баланс?
Вот где приходит эксперимент T2K. T2K базируется в нейтринной обсерватории Super-Kamiokande, расположенной под землей в районе Камиока города Хида, Япония.
Исследователи использовали детектор объекта, чтобы наблюдать нейтрино и их аналоги антиматерии, антинейтрино, генерируемые на расстоянии 295 км в Японском исследовательском комплексе ускорителей протонов (J-Parc) в Токае. T2K расшифровывается как Tokai to Kamioka.
Когда они путешествуют по Земле, частицы и античастицы колеблются между различными физическими свойствами, известными как ароматы.
Физики считают, что обнаружение разницы - или асимметрии - в физических свойствах нейтрино и антинейтрино может помочь нам понять, почему материя так распространена по сравнению с антиматерией. Эта асимметрия известна как нарушение сопряжения зарядов и обращения четности (CP).
Это одно из трех необходимых условий, предложенных российским физиком Андреем Сахаровым в 1967 году, которое должно быть выполнено для получения вещества и антиматерии с различной скоростью.
Проанализировав данные за девять лет, исследователи обнаружили несоответствие в способе осцилляции нейтрино и антинейтрино, записав числа, которые достигли Super Kamiokande со вкусом, отличным от того, с которым они были созданы.
Результат также достиг уровня статистической значимости-называемой три сигмы-что достаточно высоко, чтобы указать, что нарушение CP происходит в этих частицах.
Результаты исследования были опубликованы в журнале.
"В то время как нарушение CP, связанное с кварками, экспериментально хорошо установлено, нарушение CP никогда не наблюдалось для нейтрино",-сказал Стефан Зельднер-Ремболд.
"Нарушение симметрии CP является одним из условий (Сахарова) для существования Вселенной с преобладанием материи, но эффект кварков, к сожалению, слишком мал, чтобы объяснить, почему наша Вселенная в основном заполнена материей.
"Открытие нарушения CP с нейтрино было бы большим скачком вперед в понимании того, как была сформирована Вселенная."
Он сказал, что теория под названием лептогенез связывает доминирование материи с нарушением CP с участием нейтрино. "Эти модели лептогенеза предсказывают, что доминирование материи на самом деле связано с сектором нейтрино. Если бы вы наблюдали нарушение нейтринного CP, это дало бы нам сильное указание на то, что модель лептогенеза-это путь вперед", - сказал профессор Зельднер-Рембольд.
Результаты T2K "дают сильные намеки" на то, что эффект нарушения CP может быть большим для нейтрино.
Это означало бы , что эксперимент с нейтронами следующего поколения DUNE, который в настоящее время строится в шахте в Южной Дакоте, может обнаружить эффект быстрее, чем ожидалось. Международный проект проводится Национальной ускорительной лабораторией Ферми США (Fermilab).
Профессор Söldner-Rembold является членом научной команды DUNE и пресс-секретарем сотрудничества. Детектор эксперимента будет содержать 70 000 тонн жидкого аргона, захороненного в одной миле под землей. Он будет использоваться для обнаружения и измерения нарушений CP с высокой точностью.
Он добавил, что результат T2K "приближает нас на шаг к тому, чтобы иметь модель, которая объясняет, как Вселенная развивалась с самого начала до сегодняшней Вселенной, в которой доминирует материя".