Nuovi risultati mostrano una differenza nel modo in cui si comportano i neutrini e gli antineutrini, che potrebbe aiutare a spiegare perché c'è così tanta materia nell'universo.

I risultati, annunciato oggi dal team internazionale di scienziati tra cui un folto gruppo dell'Imperial College di Londra, suggeriscono che potrebbe esserci una differenza tra il comportamento della materia e dell'antimateria.

La collaborazione di scienziati T2K studia le proprietà dei neutrini e delle loro controparti di antimateria, antineutrini. I neutrini sono particelle fondamentali che compongono il nostro universo e sono tra le meno comprese. Eppure ogni secondo circa 50 trilioni di neutrini dal Sole passano attraverso il tuo corpo.

Capire se neutrini e antineutrini si comportano in modo diverso è importante, perché se tutti i tipi di materia e antimateria si comportano allo stesso modo, avrebbero dovuto sterminarsi a vicenda poco dopo il Big Bang. Se questo fosse il caso, il nostro universo non esisterebbe.

Sia i neutrini che gli antineutrini possono cambiare tra tre "sapori" mentre viaggiano, chiamato elettrone, neutrini muonici e tau. I cambiamenti tra i tre sapori sono noti come oscillazioni.

Per esplorare queste oscillazioni, l'esperimento T2K spara un raggio di neutrini o antineutrini dal laboratorio J-PARC sulla costa orientale del Giappone. Quando il raggio raggiunge il rivelatore Super-Kamiokande, 295 km di distanza nel Giappone occidentale, gli scienziati quindi cercano una differenza nelle oscillazioni di neutrini e antineutrini.

Gli ultimi risultati sperimentali hanno esaminato le oscillazioni che hanno portato alla comparsa di neutrini e antineutrini elettronici. C'era un tasso di comparsa più alto del previsto per i neutrini elettronici rispetto alle apparizioni degli antineutrini elettronici.

Testare la nuova fisica fondamentale

Il dottor Morgan Wascko, co-portavoce internazionale per l'esperimento T2K del Dipartimento di Fisica dell'Imperial College di Londra, ha dichiarato:"L'attuale risultato T2K mostra un suggerimento affascinante che c'è un'asimmetria tra il comportamento dei neutrini e degli antineutrini; in altre parole un'asimmetria tra il comportamento della materia e dell'antimateria. Ora abbiamo bisogno di raccogliere più dati per migliorare il significato del nostro osservato asimmetria."

a T2K Collaboration è un team internazionale di circa 500 fisici provenienti da 63 istituti in 11 paesi tra cui il Regno Unito, Giappone, gli Stati Uniti, Canada, Francia, e Svizzera. Un grande team del Dipartimento di Fisica dell'Imperial, guidato dal dottor Yoshi Uchida e dal dottor Wascko, è stato coinvolto nella produzione dell'ultimo risultato, compresi studenti e dottorandi.

Dottor Patrick Dunne, uno dei principali analizzatori del risultato, ha dichiarato:"Il ruolo che io e molti altri all'Imperial giochiamo è fare l'analisi statistica per portare tutto questo lavoro insieme in un risultato finale. Passiamo mesi a controllare di aver tenuto conto di tutto ciò che riguarda il nostro rivelatore e il nostro modello di come interagiscono i neutrini. .

"Dopo che tutto questo è completo, uno dei grandi privilegi di essere una delle persone che fa questo passaggio finale è conoscere il risultato un po' prima di tutti gli altri, che è davvero emozionante.

"Speriamo che queste indicazioni ci dicano che l'attuale configurazione, e gli esperimenti che abbiamo intenzione di seguirlo, sarà in grado di eseguire misurazioni precise di queste differenze materia-antimateria. La compatibilità con queste misurazioni sarà un test molto importante per il superamento delle nuove teorie fondamentali della fisica".

Da super a iper

Sebbene questo lavoro sia promettente, ci sono ancora incertezze sistematiche, quindi il team di T2K sta progettando un aggiornamento del rilevatore per migliorarne la sensibilità.

Il dottor Phillip Litchfield, che ha guidato la revisione dell'analisi da parte di Imperial, ha dichiarato:"Il futuro esperimento in cui Imperial è maggiormente coinvolto è Hyper-Kamiokande, l'aggiornamento al rivelatore Super-Kamiokande.

"Ciò consentirà di ottenere risultati molto più precisi (e quindi anche più definitivi) semplicemente in virtù del fatto di essere più grandi e di osservare centinaia di volte più neutrini di quelli che abbiamo raccolto fino ad oggi. A questo proposito è un po' come ottenere un'immagine migliore della natura avendo un fotocamera migliore.

"Ma un'altra possibilità in cui siamo attivamente coinvolti è posizionare un secondo modulo rivelatore molto più lontano sulla stessa linea di luce, in Corea del Sud piuttosto che in Giappone. Questo in effetti ci permette di osservare gli stessi fenomeni da un'angolazione diversa".

Anche se il team potrebbe dover attendere aggiornamenti e nuovi esperimenti per confermare il risultato, Il dottor Litchfield osserva che la scienza sta andando avanti molto più velocemente del previsto. Ha detto:"È molto eccitante che siamo in grado di produrre questi risultati così rapidamente.

"T2K è stato in un certo senso fortunato in quanto quando abbiamo scoperto l'aspetto del neutrino elettronico nel 2013, l'effetto osservato era molto più grande del previsto quando abbiamo progettato l'esperimento. Se mi avessi chiesto nel 2010 quando avremmo visto il risultato attuale, L'avrei immaginato a metà degli anni '20.

"La straordinaria velocità con cui stiamo trovando questi risultati è di per sé una sfida:dobbiamo esaminare tutti i nostri modelli e le tecniche di analisi e assicurarci che siano sufficientemente dettagliati e sufficientemente robusti da rendere questa misurazione più complicata, non quello più semplice che immaginavamo di poter ancora raggiungere nel 2017".