Standardni model fizike čestica je već desetljećima glavno sredstvo za objašnjenje osnovnih građevnih materija i načina na koji oni djeluju. Prvi put predložen u 1970-ima, model tvrdi da za svaku stvorenu česticu postoji antičestica. Kao takav, trajna misterija postavljena ovim modelom je razlog zašto svemir može postojati ako se teoretski sastoji od jednakih dijelova materije i antimaterije.
Ovaj naizgled nesrazmjer, poznat kao kršenje pariteta naboja (CP), bio je predmet eksperimenata dugi niz godina. Ali do sada nije napravljena nijedna konačna demonstracija za ovo kršenje niti koliko tolika stvar može postojati u Svemiru bez svog kolege. No zahvaljujući novim nalazima koje je objavila međunarodna suradnja Tokai-Kamioka (T2K), možda ćemo biti korak bliže razumijevanju zašto ta razlika postoji.
Prvo primijećeno 1964., kršenje CP-a predlaže da se pod određenim uvjetima ne primjenjuju zakoni simetrije naboja i paritetne simetrije (aka. CP-simetrija). Ovi zakoni određuju da bi fizika koja upravlja česticom trebala biti ista ako bi se izmjenjivala s njenom antičesticom, dok bi se njene prostorne koordinate obrnule. Iz tog promatranja nastala je jedna od najvećih kozmoloških misterija.
Ako su zakoni koji upravljaju materijom i antimaterijom isti, zašto je onda tako što Univerzumom tako dominira materija? Ako su materija i antimaterija bitno različiti, kako se to onda podudara s našim pojmovima simetrije? Odgovori na ova pitanja nisu važni samo u odnosu na naše prevladavajuće kosmološke teorije, već su i svojstveni razumijevanju rada slabih interakcija koje upravljaju česticama.
Osnovana u lipnju 2011. godine, međunarodna T2K suradnja prvi je eksperiment na svijetu posvećen odgovoru na ovu misteriju proučavanjem neutrinskih i anti-neutrinskih oscilacija. Eksperiment započinje snopovima visokog intenziteta muonskih neutrina (ili muonskih anti-neutrina) koji se generiraju u Japanskom istraživačkom kompleksu za protonske procesore (J-PARC), koji se zatim ispaljuju prema detektoru Super-Kamiokande na 295 km.
Ovaj je detektor trenutno jedan od najvećih i najsofisticiranijih na svijetu, posvećen otkrivanju i proučavanju solarnih i atmosferskih neutrina. Kako neutrini putuju između dvaju postrojenja, oni mijenjaju "okus" - prelazeći od muonskih neutrina ili anti-neutrina do elektronskih neutrina ili anti-neutrina. Prateći ove zrake neutrino i anti-neutrino, eksperiment promatra različite brzine oscilacija.
Ta bi razlika u oscilaciji pokazala da postoji neravnoteža između čestica i antičestica i tako bi prvi put pružio konačne dokaze kršenja CP-a. To bi također ukazalo da postoje fizike izvan standardnog modela koje znanstvenici tek trebaju istražiti. Prošlog travnja objavljen je prvi skup podataka koji je proizveo T2K, a koji je dao neke dobre rezultate.
Kao što je u nedavnom priopćenju za medije rekao Mark Hartz, suradnik T2K-a i docent Kavli IPMU projekta:
„Iako su skupovi podataka još uvijek premali za davanje konačne izjave, vidjeli smo slabu sklonost velikim kršenjima CP-a i uzbuđeni smo što ćemo nastaviti sakupljati podatke i osjetljivije pretraživati kršenje CP-a.“
Ovi rezultati koji su nedavno objavljeni u Pisma o fizičkom pregledu, uključuju sve podatke u razdoblju od siječnja 2010. do svibnja 2016. Ukupno se ti podaci sastojali od 7.482 x 1020 protona (u neutrino modu), koji su dali 32 elektrona neutrina i 135 muona neutrino događaja i 7.471 × 1020 protoni (u antineutrino načinu), koji su dali 4 elektrona neutrino i 66 muonskih neutrina.
Drugim riječima, prva skupina podataka pružila je neke dokaze o kršenju CP-a i s intervalom pouzdanosti od 90%. Ali ovo je tek početak, a očekuje se da će se eksperiment pokrenuti još deset godina prije završetka. "Ako ćemo imati sreće i učinak kršenja CP-a je velik, možemo očekivati 3 sigma dokaza, ili oko 99,7% razine povjerenja, za kršenje CP-a do 2026. godine", rekao je Hartz.
Ako se eksperiment pokaže uspješnim, fizičari će napokon moći odgovoriti na to kako se rani Svemir nije uništio. Vjerojatno će vam pomoći i otkriti aspekte svemira u koje fizičari čestica žele ući! U njemu će se vjerojatno naći odgovori na najdublje tajne svemira, poput toga kako se sve njegove temeljne sile spajaju.
