Inde i Super-Kamiokande neutrino detektoren. Kredit:Imperial College London
Nye resultater viser en forskel i den måde neutrinoer og antineutrinoer opfører sig på, som kunne hjælpe med at forklare, hvorfor der er så meget stof i universet.
Resultaterne, annonceret i dag af det internationale team af forskere, herunder en stor gruppe fra Imperial College London, tyder på, at der kunne være en forskel mellem opførsel af stof og antistof.
T2K-samarbejdet mellem videnskabsmænd studerer egenskaberne af neutrinoer og deres antistof-modstykker, antineutrinoer. Neutrinoer er grundlæggende partikler, der udgør vores univers og er blandt de mindst forståede. Men hvert sekund passerer omkring 50 billioner neutrinoer fra Solen gennem din krop.
Det er vigtigt at forstå, om neutrinoer og antineutrinoer opfører sig forskelligt, fordi hvis alle former for stof og antimaterie opfører sig på samme måde, de skulle have udslettet hinanden kort efter Big Bang. Hvis dette var tilfældet, vores univers ville ikke eksistere.
Neutrinos og antineutrinos kan begge skifte mellem tre 'smag', når de rejser, kaldet elektron, muon og tau neutrinoer. Ændringer mellem de tre varianter kaldes svingninger.
For at udforske disse svingninger, T2K-eksperimentet affyrer en stråle neutrinoer eller antineutrinoer fra J-PARC-laboratoriet på Japans østkyst. Når strålen når Super-Kamiokande-detektoren, 295 km væk i det vestlige Japan, forskere leder derefter efter en forskel i neutrinoer og antineutrinos svingninger.
De seneste eksperimentelle resultater kiggede på svingninger, der resulterede i fremkomsten af elektronneutrinoer og antineutrinoer. Der var en højere end forventet forekomst af elektronneutrinoer sammenlignet med elektronantineutrinoer.
Test af ny grundlæggende fysik
Dr Morgan Wascko, international medordfører for T2K-eksperimentet fra Institut for Fysik ved Imperial College London, sagde:"Det nuværende T2K -resultat viser en fascinerende antydning af, at der er en asymmetri mellem neutrinos og antineutrinos adfærd; med andre ord en asymmetri mellem stofets og antimateriets adfærd. Vi skal nu indsamle flere data for at øge betydningen af vores observerede asymmetri."
han T2K Collaboration er et internationalt team på omkring 500 fysikere fra 63 institutter i 11 lande, herunder Storbritannien, Japan, USA, Canada, Frankrig, og Schweiz. Et stort team fra Institut for Fysik på Imperial, ledet af Dr. Yoshi Uchida og Dr. Wascko, var med til at producere det seneste resultat, herunder studerende og postdocs.
Dr Patrick Dunne, en af resultatets blyanalysatorer, sagde:"Den rolle, jeg og flere andre hos Imperial spiller, er at lave den statistiske analyse for at bringe alt dette arbejde sammen til et endeligt resultat. Vi bruger måneder på at kontrollere, at vi har redegjort for alt om vores detektor og vores model for, hvordan neutrinoerne interagerer .
"Når alt dette er fuldført, et af de store privilegier ved at være en af de mennesker, der gør dette sidste trin, er at kende resultatet lidt tidligere end alle andre, hvilket er rigtig spændende.
"Forhåbentlig fortæller disse indikationer os, at den nuværende opsætning, og de eksperimenter, som vi planlægger at følge, vil være i stand til at udføre præcise målinger af disse stof-antistof forskelle. Kompatibilitet med disse målinger vil være en meget vigtig test for nye fundamentale fysikteorier at bestå."
Fra super til hyper
Selvom dette arbejde er lovende, der er stadig systematiske usikkerheder, så T2K -teamet designer en opgradering til detektoren for at øge dens følsomhed.
Dr Phillip Litchfield, der ledede Imperials gennemgang af analysen, sagde:"Det fremtidige eksperiment Imperial er mest involveret i er Hyper-Kamiokande, opgraderingen til Super-Kamiokande-detektoren.
"Dette vil opnå meget mere præcise (og derfor også mere endelige) resultater simpelthen i kraft af at være større og observere hundredvis af gange flere neutrinoer, end vi har indsamlet til dato. I denne henseende er det snarere som at få et bedre billede af naturen ved at have en bedre kamera.
"Men en anden mulighed, vi er aktivt involveret i, er at placere et andet detektormodul langt længere væk på den samme strålelinje, i Sydkorea frem for Japan. Dette giver os faktisk mulighed for at observere de samme fænomener fra en anden vinkel. "
Selvom teamet muligvis skal vente på opgraderinger og nye eksperimenter for at bekræfte deres resultat, Dr. Litchfield bemærker, at videnskaben går meget hurtigere frem end forventet. Han sagde:"Det er meget spændende, at vi er i stand til at producere disse resultater så hurtigt.
"T2K har på en eller anden måde været heldig, da vi opdagede elektronneutrino -udseende i 2013, den observerede effekt var meget større end forventet, da vi designede eksperimentet. Hvis du spurgte mig i 2010, hvornår vi ville se det aktuelle resultat, Jeg ville have gættet engang i midten af 2020'erne.
"Den fantastiske hastighed, hvormed vi finder disse resultater, er en udfordring i sig selv - vi skal se på alle vores modeller og analyseteknikker og sikre, at de er detaljerede nok og robuste nok til at gøre denne mere komplicerede måling, ikke den enklere, vi forestillede os, at vi stadig kunne arbejde hen imod i 2017. "