De T2K-samenwerking heeft nieuwe resultaten gepubliceerd die de sterkste beperking tot nu toe laten zien aan de parameter die het doorbreken van de symmetrie tussen materie en antimaterie in neutrino-oscillaties regelt. Met behulp van bundels van muon-neutrino's en muon-antineutrino's, T2K heeft onderzocht hoe deze deeltjes en antideeltjes overgaan in elektronenneutrino's en elektronen-antineutrino's, respectievelijk. De parameter die de symmetrie van materie / antimaterie regelt in neutrino-oscillatie, genaamd _cp fase, kan een waarde aannemen van -180º tot 180º. Voor de eerste keer, T2K heeft bijna de helft van de mogelijke waarden bij het 99,7% (3σ) betrouwbaarheidsniveau afgekeurd, en begint een fundamentele eigenschap van neutrino's te onthullen die tot nu toe niet is gemeten. Dit is een belangrijke stap op weg om te weten of neutrino's en antineutrino's zich anders gedragen. deze resultaten, met behulp van gegevens verzameld tot en met 2018, zijn gepubliceerd in het multidisciplinaire wetenschappelijke tijdschrift, Natuur op 16 april.

Voor de meeste verschijnselen de wetten van de fysica geven een symmetrische beschrijving van het gedrag van materie en antimaterie. Echter, deze symmetrie geldt niet universeel. Het effect van de asymmetrie tussen materie en antimaterie is het duidelijkst in de waarneming van het heelal, die is samengesteld uit materie met weinig antimaterie. Er wordt aangenomen dat gelijke hoeveelheden materie en antimaterie werden gecreëerd aan het begin van het universum. Vervolgens, voor het universum om te evolueren naar een staat waarin materie domineert over antimaterie, een noodzakelijke voorwaarde is de schending van de zogenaamde Charge-Parity (CP) symmetrie. Tot nu, Schending van CP-symmetrie is alleen waargenomen in de fysica van subatomaire deeltjes die quarks worden genoemd, maar de omvang van de schending van de CP-symmetrie is niet groot genoeg om de waargenomen dominantie van materie over antimaterie in het universum te verklaren. T2K zoekt nu naar een nieuwe bron van schending van de CP-symmetrie in neutrino-oscillaties die zich zou manifesteren als een verschil in de gemeten oscillatiewaarschijnlijkheid voor neutrino's en antineutrino's.

Het T2K-experiment maakt gebruik van een bundel die voornamelijk bestaat uit muon-neutrino's of muon-antineutrino's die zijn gemaakt met behulp van de protonenbundel van het Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) in het dorp Tokai aan de oostkust van Japan. Een klein deel van de neutrino's (of antineutrino's) wordt op 295 km afstand gedetecteerd bij de Super-Kamiokande-detector, gelegen onder een berg in Kamioka, nabij de westkust van Japan. Terwijl de muon-neutrino's en muon-antineutrino's de afstand van Tokai naar Kamioka afleggen (vandaar de naam T2K), een fractie zal oscilleren of van smaak veranderen in respectievelijk elektronenneutrino's of elektronen-antineutrino's. De elektronenneutrino's en elektronen-antineutrino's worden in de Super-Kamiokande-detector geïdentificeerd door de ringen van Cherenkov-licht die ze produceren (hieronder weergegeven). Hoewel Super-Kamiokande niet elke gebeurtenis kan identificeren als een neutrino- of antineutrino-interactie, T2K kan de neutrino- en antineutrino-oscillaties afzonderlijk bestuderen door de straal in neutrino-modus of antineutrino-modus te laten werken.

T2K heeft een resultaat vrijgegeven dat gegevens analyseert met 1.49x10 ²¹ en 1.64x10 ²¹ protonen van de versneller voor respectievelijk neutrino-straalmodus en antineutrino-straalmodus. Als de parameter δ _cp gelijk is aan 0º of 180º, de neutrino's en antineutrino's zullen tijdens oscillatie op dezelfde manier van type veranderen (van muon naar elektron). de _cp parameter kan een waarde hebben die de oscillaties van neutrino's of antineutrino's versterkt, CP-symmetrie doorbreken. Echter, de waarneming van neutrino's is al verbeterd in het T2K-experiment door het feit dat de detectoren en bundellijncomponenten zijn gemaakt van materie en niet van antimaterie. Om het effect van δ . te scheiden _cp van bekende bundellijn- en interactie-effecten, de T2K-analyse omvat correcties op basis van gegevens van gemagnetiseerde nabije detectoren (ND280) die op 280 m van het doel zijn geplaatst. T2K observeerde 90 kandidaten voor elektronenneutrino's en 15 kandidaten voor elektronenneutrino's. T2K verwacht 82 elektron-neutrino-gebeurtenissen waar te nemen in vergelijking met 17 elektronen-antineutrino-gebeurtenissen voor maximale neutrino-verbetering (δ _cp =-90º) en 56 elektronenneutrino-gebeurtenissen vergeleken met 22 elektronen-antineutrino-gebeurtenissen voor maximale antineutrino-verbetering (δ _cp =+90º). Het waargenomen aantal gebeurtenissen als functie van de gereconstrueerde neutrino-energie wordt hieronder weergegeven. De T2K-gegevens zijn het meest compatibel met een waarde in de buurt van δ _cp =-90º dat de oscillatiewaarschijnlijkheid van neutrino's in het T2K-experiment aanzienlijk verhoogt. Met behulp van deze gegevens, T2K evalueert betrouwbaarheidsintervallen voor de parameter δ _cp . De ongunstige regio bij het 3σ (99,7%) betrouwbaarheidsniveau is 2º tot 165º. Dit resultaat vertegenwoordigt de sterkste beperking op δ _cp daten. De waarden van 0º en 180º worden afgekeurd bij een betrouwbaarheidsniveau van 95%, wat het geval was in de vorige release van T2K in 2017, wat aangeeft dat CP-symmetrie kan worden geschonden in neutrino-oscillaties.

Hoewel dit resultaat een sterke voorkeur laat zien voor het verhogen van de neutrinosnelheid in T2K, het is nog niet duidelijk of CP-symmetrie wordt geschonden of niet. Om de experimentele gevoeligheid voor een mogelijk CP-symmetrie-schendend effect verder te verbeteren, de T2K-samenwerking zal de near-detectorsuite upgraden om systematische onzekerheden te verminderen en meer gegevens te verzamelen, en J-PARC zal de bundelintensiteit verhogen door de versneller en bundellijn te upgraden.