De verschillende snelheden van neutrino- en anti-neutrino-oscillaties die zijn geregistreerd door een internationale samenwerking van onderzoekers in Japan - waaronder van Kavli IPMU - is een belangrijke stap in de zoektocht naar een nieuwe bron van asymmetrie in de wetten die materie en antimaterie beheersen.

Het standaardmodel van de deeltjesfysica beschrijft de basisbouwstenen van materie en hoe ze op elkaar inwerken. Het maakt ook duidelijk dat voor elk gecreëerd deeltje, er is een antideeltje. Echter, het standaardmodel verklaart niet waarom ons heelal vandaag de dag nog steeds bestaat, aangezien de materie en anti-materie symmetrie impliceert dat materie – inclusief sterrenstelsels, sterren, en zelfs mensen - hadden vernietigd moeten worden door de gelijke hoeveelheden antimaterie.

Deze schending van de symmetrie, genaamd de charge-parity (CP) overtreding, experimenteel is waargenomen, maar niet genoeg om de grote hoeveelheid materie in het heelal te verklaren.

De internationale T2K-samenwerking (Tokai-to-Kamioka) is het eerste experiment ter wereld dat kan zoeken naar CP-schending door neutrino- en anti-neutrino-oscillaties te bestuderen. In het J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) aan de oostkust van Japan worden bundels met hoge intensiteit van muon-neutrino's (of muon-anti-neutrino's) geproduceerd. en vuurde op de Super-Kamiokande-detector op 295 km afstand in de prefectuur Gifu. Onderweg, de neutrino's en anti-neutrino's veranderen spontaan 'smaak' van muon-neutrino's of anti-neutrino's, tot elektronenneutrino's of anti-neutrino's. Een verschil in de trillingssnelheden in afzonderlijke neutrino- en anti-neutrino-bundels zou een bewijs zijn van een onbalans tussen deeltjes en anti-deeltjes, en dat er nieuwe natuurkunde te leren is buiten het standaardmodel.

De eerste dataset van T2K werd in april gepubliceerd, en detecteerde 32 elektronenneutrino's en 4 elektronen-antineutrino's.

"Hoewel de datasets nog te klein zijn om een ​​sluitende uitspraak te doen, we hebben een zwakke voorkeur gezien voor grote CP-schendingen en we zijn verheugd om door te gaan met het verzamelen van gegevens en een gevoeligere zoektocht naar CP-schending te maken, " zei T2K-medewerker en Kavli IPMU-projectassistent-professor Mark Hartz.

Onlangs, het T2K-experiment is klaar met het verzamelen van een nieuwe reeks gegevens die de hoeveelheid beschikbare gegevens in de elektronenneutrinoconfiguratie heeft verdubbeld, en de resultaten zullen naar verwachting later dit jaar worden gepresenteerd. Hartz heeft gezegd dat ze verwachten nog 10 jaar door te gaan met het verzamelen van gegevens.

"Als we geluk hebben en het CP-schendingseffect groot is, we mogen 3 sigma-bewijs verwachten, of ongeveer 99,7% betrouwbaarheidsniveau, voor CP-schending tegen 2026, " hij zei.

Details van de meest recente resultaten van T2K met behulp van neutrino- en anti-neutrino-gegevens zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven als redactiesuggestie op 10 april.