U pećini ispod planine u Japanu, već je godinama ukopan divovski spremnik vodom. I obično samo tako stoji. No s vremena na vrijeme oko rubova spremnika zatreperi prsten svjetlosti; to elektroni i mioni prolaze kroz vodu. Riječ je o ostacima sitnih čestica znanih kao neutrini, koji su se zabili u molekule vode.
Godinama su fizičari T2K Collaborationa brojali te prstenove svjetlosti, jedini znak snažne neutrinske zrake ispaljivane kroz Zemljinu koru iz drugog podzemnog objekta, udaljenog 295 kilometra. Fizičari broje prstenove i razdvajaju one jasno definirane koje su proizveli teži muoni od onih nejasnih koje su proizveli lagani elektroni.
S vremenom su fizičari primijetili odstupanje u njihovom broju. Ta bi nepodudarnost, vjeruju, mogla pomoći objasniti postojanje materije u svemiru.
Odmah nakon Velikog praska u svemiru su postojale jednake količine materije i antimaterije, dvije tvari koje se zrcale jedna drugu i uništavaju jedna drugu ako se ikad dotaknu. Vodikov antimaterijski blizanac je antivodik; elektronov antimaterijski blizanac je pozitivno nabijeni pozitron. Muoni imaju antimione, a neutrini imaju antineutrine i tako dalje.
Antimaterija i materija toliko su slični, da je misterija zašto se u početku nisu jednostavno poništili, ostavljajući za sobom samo bljesak jarkog svjetla. To sugerira da moraju postojati neke temeljne razlike između čestica, asimetrije koje će objasniti zašto je materija izdominirala antimateriju. Jedna takva asimetrija već je pronađena.
‘Ima je u kvarkovima, česticama koje čine protone i neutrone’, kaže Mark Hartz, fizičar sa Sveučilišta u Pittsburghu i član T2K.
Još davne 1964. godine fizičari su otkrili manje razlike između toga kako kvarkovi i antikvarkovi, subatomske čestice koje čine protone, neutrone i druge čestice, djeluju putem slabe sile – jedne od četiri temeljne sile zajedno s jakom silom, elektromagnetizmom i gravitacijom. Ali asimetrija kvarka previše je lagana da bi objasnila postojanje svemira.
Postoje teorije o još jednom odstupanju koje uključuje klasu čestica zvanih leptoni, rekla je Silvia Pascoli, fizičarka sa Sveučilišta Durham u Engleskoj.
A paper revealing the different properties of antineutrinos, the antimatter of neutrinos, has been published in Nature. Neutrinos from the T2K facility at J-PARC in Tokai are detected by the Cherenkov light emitted by Super-Kamiokande as they penetrate the crust. pic.twitter.com/4ecAGP6kLg
— モフ子 ［星間テレワーク運用中］ (@moffmiyazaki) April 15, 2020
Leptoni su čestice poput neutrina, miona i elektrona. Ako je postojala asimetrija između leptona i njihovih antimaterijskih parova, rekla je za Live Science, to bi s vremenom moglo dovesti do ne samo viška leptona nego i bariona, subatomskih čestica iz skupine hadrona, sastavljenih od triju kvarkova, piše Live Science.
T2K traži dokaze te leptonske asimetrije, za koju fizičari vjeruju da bi postala vidljiva kada neutrini ‘osciliraju’. Naime, trenutno znamo za tri vrste neutrina: elektron, mion i tau. I svaki od njih ima svoj antipod. I sve te čestice, i neutrini i antineutrini, osciliraju iz jednog u drugi.
Te oscilacije, međutim, zahtijevaju vrijeme. Zbog toga je T2K razdvojila generator snopa i spremnik za vodu, znan kao detektor Super Kamiokande, stotinama kilometara. To neutrinima daje vremena da osciliraju.
Nakon dugo godina potopljeni detektori fotona Super Kamiokande zabilježili su stotine oscilacija, dovoljno da se izvuku stvarni zaključci.
Zapažanja su objavljena u časopisu Nature, a na fizikalnim je teoretičarima da se pozabave asimetrijom i njenim utjecajem na oblikovanje svemira. T2K pak nastavlja prikupljati podatke. Cilj im je postići razine pouzdanosti rezultata iznad 95 posto.
Istraživanja bi mogla ubrzati izgradnja veće ‘hiper kamiokande’ i srodni američki eksperiment dubokog podzemnog neutrina, zvan DUNE. Uspiju li, shvatit ćemo i asimetriju koja postoji od početka vremena.
(tportal.hr)