L'experiment T2K presenta els resultats més precisos sobre les diferències entre matèria i antimatèria en neutrins

22/04/2020

Investigadors de l'Institut de Física Corpuscular (IFIC), de l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE-Barcelona) i de la Universitat Autònoma de Madrid han contribuït a revelar una propietat bàsica dels neutrins que no s'havia mesurat fins ara. Es tracta d'un pas important per a saber si els neutrins es comporten de manera diferent en les seues formes de matèria i antimatèria. Els resultats obtinguts apareixen a la revista Nature com a article de portada.

T2K (Tokai a Kamioka) és un experiment de física de partícules situat al Japó, que es troba estudiant les oscil·lacions de neutrins i en el qual col·laboren equips de recerca de dotze països. La Col·laboració T2K ha publicat nous resultats –els més precisos obtinguts fins avui– del paràmetre que governa la ruptura de la simetria entre la matèria i l'antimatèria en les oscil·lacions d'aquestes partícules. Per primera vegada, l'experiment comença a revelar una propietat bàsica dels neutrins que no s'ha mesurat fins ara. Aquest és un pas important per a saber si neutrins i antineutrins es comporten de manera diferent i no de manera simètrica com descriuen les lleis de la majoria de fenòmens físics en aquest camp. Aquests resultats, que utilitzen dades recopilades fins a 2018, són els publicats en la revista científica Nature.

La majoria de fenòmens físics es descriuen amb lleis que prediuen un comportament simètric per a la matèria i l'antimatèria. En l'argot de la Física es parla de la simetria càrrega-paritat, o simplement simetria CP. No obstant això, aquesta simetria no és universal, com resulta evident en la composició actual de l'Univers el contingut en antimatèria del qual és molt menut. La teoria del Big-Bang assumeix que l'univers va ser creat amb quantitats idèntiques de matèria i antimatèria. Per a arribar a la situació actual és condició necessària que existisca una violació de la simetria CP.

Fins ara, la violació de la simetria CP sol s'ha observat en la física de partícules subatòmiques anomenades quarks, però la magnitud d'aquesta violació no és prou gran com per a explicar la composició de l'univers actual. T2K cerca una nova font de violació de la simetria CP en les oscil·lacions de neutrins, que es manifestaria com una diferència en la probabilitat d'oscil·lació per a neutrins i antineutrins.

L'experiment T2K utilitza feixos de neutrins i antineutrins creats utilitzant el feix de protons del Complex d'Investigació de l'Accelerador de Protons del Japó (J-PARC), situat a Tokai, en la costa est del Japó.

Contribució espanyola

L'experiment T2K ha sigut construït i operat per una col·laboració internacional composta, en l'actualitat, per més de 500 científics de 68 institucions en 12 països (el Canadà, França, Alemanya, Itàlia, el Japó, Polònia, Rússia, Espanya, Suïssa, Regne Unit, els Estats Units i Vietnam). És finançat principalment pel ministeri de cultura, esports, ciència i tecnologia (MEXT) del Japó. Espanya contribueix amb tres grups d'investigació, dos dels quals –Institut de Física d’Altes Energies (IFAE, Barcelona) i Institut de Física Corpuscular (IFIC, València) han participat en el disseny, construcció i operació de l'experiment durant més de 15 anys, tot realitzant contribucions rellevants a l'estudi de l'oscil·lació del neutrí. Recentment s'ha incorporat a l'equip la Universitat Autònoma de Madrid. Espanya ha finançat l'activitat investigadora a través del Ministeri d'Economia i Competitivitat i de la Generalitat de Catalunya, amb el suport del Centre Nacional de Partícules Astropartícules i Nuclear (CPAN).

Per part de l’IFIC –centre mixt de la Universitat de València i el CSIC– signen l'article científic M. Antonova, A. Cervera, P. Fernández, A. Izmaylov i P. Novella.

 

Referència:

“Constraint on the Matter-Antimatter Symmetry-Violating Phase in Neutrí Oscillations”

DOI: 10.1038/s41586-020-2177-0

Nature Vol. 580, pàg. 339-344