Самое убедительное доказательство того, что нейтрино объясняют, как существует Вселенная

Новые данные подтверждают теорию о том, что нейтрино являются причиной, по которой во вселенной доминирует материя.

Нынешние законы физики не объясняют, почему материя сохраняется над антивеществом — почему вселенная состоит из «вещей». Ученые считают, что в начале вселенной было создано равное количество вещества и антивещества, но это означало бы, что они должны были уничтожить друг друга, уничтожив вселенную в начале ее существования.

Вместо этого физики предполагают, что должны быть различия в поведении материи и антивещества, объясняющие, почему материя сохранилась и теперь доминирует во вселенной. Каждая частица материи имеет эквивалент антивещества, и нейтрино ничем не отличаются, с эквивалентом антивещества, называемым антинейтрино.

Они должны быть точными противоположностями в своих свойствах и поведении, что заставляет их уничтожать друг друга при контакте.

Теперь международная команда исследователей, входящих в состав T2K Collaboration, в том числе ученые из Имперского колледжа Лондона, нашли самое убедительное доказательство того, что нейтрино и антинейтрино ведут себя по-разному и поэтому могут не уничтожать друг друга.

Д-р Патрик Данн из Департамента физики в Империале сказал: «Этот результат, как никогда ранее, приближает нас к основному вопросу о том, почему существует материя в нашей вселенной. Если это подтвердится — в настоящий момент нам уже за 95 Конечно, это будет иметь глубокие последствия для физики и должно указать путь к лучшему пониманию того, как развивалась наша вселенная ».

Ранее ученые обнаружили некоторые различия в поведении между материальными и антивещественными версиями субатомных частиц, называемых кварками, но наблюдаемые различия пока не кажутся достаточно большими, чтобы объяснить доминирование материи во вселенной.

Однако новый результат T2K указывает на то, что различия в поведении нейтрино и антинейтрино, по-видимому, довольно велики. Нейтрино являются фундаментальными частицами, но они не очень сильно взаимодействуют с нормальной материей, так что около 50 триллионов нейтрино от Солнца проходят через ваше тело каждую секунду.

Нейтрино и антинейтрино могут быть трех видов: мюон, электрон и тау. Когда они путешествуют, они могут «колебаться», превращаясь в другой аромат. Тот факт, что мюонные нейтрино осциллируют в электронные нейтрино, был впервые обнаружен экспериментом T2K в 2013 году.

Чтобы получить новый результат, команда выпустила пучки мюонных нейтрино и антинейтрино со станции J-PARC в Токай, Япония, и обнаружила, сколько электронных нейтрино и антинейтрино поступило на детектор Супер-Камиоканде в 295 км.

Они искали различия в том, как нейтрино или антинейтрино изменили вкус, обнаружив, что нейтрино, по-видимому, изменятся гораздо чаще, чем антинейтрино.

Имеющиеся данные также сильно сбрасывают со счетов вероятность того, что нейтрино и антинейтрино так же, как и другие, могут изменить вкус. Доктор Данн сказал: «То, что наш результат показывает, что мы более чем на 95 процентов уверены, что материальные нейтрино и антинейтрино ведут себя по-разному. Это само по себе большая новость; однако мы уже знаем о других частицах, которые имеют различия между веществом и антивеществом, слишком малы, чтобы объяснить нашу вселенную с доминированием материи.

«Следовательно, измерение размера разницы — это то, что имеет значение для определения того, могут ли нейтрино ответить на этот фундаментальный вопрос. Наш сегодняшний результат показывает, что в отличие от других частиц, результат в нейтрино совместим со многими теориями, объясняющими происхождение вещества вселенной. преобладание «.

Хотя результат является самым убедительным доказательством того, что нейтрино и антинейтрино ведут себя по-разному, коллаборация T2K работает над тем, чтобы уменьшить любые неопределенности и собрать больше данных, модернизируя детекторы и линии луча, включая новый детектор Hyper-Kamiokande, чтобы заменить Super-Kamiokande. Новый эксперимент под названием DUNE также находится в стадии разработки в США. Империал участвует в обоих.

Имперские исследователи участвуют в сотрудничестве T2K с 2004 года, начиная с концептуальных проектов на досках и исследований и разработок новых компонентов детекторов частиц, которые были ключевыми для создания этого эксперимента, который был окончательно завершен и включен в 2010 году.

Для самого последнего результата команда внесла свой вклад в статистический анализ результатов и обеспечила реальность наблюдаемого ими сигнала, а также учла влияние взаимодействия нейтрино с веществом, что является одной из самых больших неопределенностей, которые входят в анализ.

Профессор Йоши Учида сказал: «Когда мы начинали, мы знали, что на то, чтобы увидеть признаки различий между нейтрино и антинейтрино таким образом, может потребоваться десятилетия, если их вообще можно увидеть, так что это почти как сон Результат будет отмечаться на обложке Nature на этой неделе ».

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Имперским Колледжем Лондона . Оригинал написан Хейли Даннинг. Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Связанные мультимедиа :

• Схема обнаружения электронного нейтрино; Внутри детектора Супер-Камиоканде

---

Ссылка на журнал :

1. Abe K., Akutsu R., Ali, A. et al. Ограничение на фазу-вещество, нарушающее симметрию, в нейтринных колебаниях . Природа , 2020 DOI: 10.1038 / s41586-020-2177-0