La Colaboración T2K ha publicado nuevos resultados que muestran la restricción más fuerte hasta ahora sobre el parámetro que gobierna la ruptura de la simetría entre la materia y la antimateria en las oscilaciones de neutrinos. Utilizando haces de neutrinos muónicos y antineutrinos muónicos, T2K ha estudiado cómo estas partículas y antipartículas se transforman en neutrinos electrónicos y antineutrinos electrónicos, respectivamente. El parámetro que gobierna la simetría materia / antimateria que se rompe en la oscilación del neutrino, llamado δ _cp fase, puede tomar un valor de -180º a 180º. Por primera vez, T2K ha desfavorecido casi la mitad de los valores posibles en el nivel de confianza del 99,7% (3σ), y está empezando a revelar una propiedad básica de los neutrinos que no se ha medido hasta ahora. Este es un paso importante en el camino para saber si los neutrinos y los antineutrinos se comportan de manera diferente o no. Estos resultados, utilizando datos recopilados hasta 2018, han sido publicados en la revista científica multidisciplinar, Naturaleza el 16 de abril.

Para la mayoría de los fenómenos, las leyes de la física proporcionan una descripción simétrica del comportamiento de la materia y la antimateria. Sin embargo, esta simetría no es universal. El efecto de la asimetría entre materia y antimateria es más evidente en la observación del universo, que se compone de materia con poca antimateria. Se considera que se crearon cantidades iguales de materia y antimateria al comienzo del universo. Luego, para que el universo evolucione a un estado donde la materia domina sobre la antimateria, una condición necesaria es la violación de la llamada simetría Charge-Parity (CP). Hasta ahora, La violación de la simetría CP solo se ha observado en la física de partículas subatómicas llamadas quarks, pero la magnitud de la violación de la simetría CP no es lo suficientemente grande como para explicar el dominio observado de la materia sobre la antimateria en el universo. T2K ahora está buscando una nueva fuente de violación de la simetría CP en oscilaciones de neutrinos que se manifestaría como una diferencia en la probabilidad de oscilación medida para neutrinos y antineutrinos.

El experimento T2K utiliza un haz que consiste principalmente en neutrinos muónicos o antineutrinos muónicos creados usando el haz de protones del Complejo de Investigación del Acelerador de Protones de Japón (J-PARC) ubicado en la aldea de Tokai en la costa este de Japón. Una pequeña fracción de los neutrinos (o antineutrinos) se detecta a 295 km de distancia en el detector Super-Kamiokande, ubicado debajo de una montaña en Kamioka, cerca de la costa oeste de Japón. A medida que los neutrinos muónicos y los antineutrinos muónicos atraviesan la distancia de Tokai a Kamioka (de ahí el nombre T2K), una fracción oscilará o cambiará de sabor a neutrinos electrónicos o antineutrinos electrónicos, respectivamente. Los neutrinos electrónicos y los antineutrinos electrónicos se identifican en el detector Super-Kamiokande por los anillos de luz Cherenkov que producen (que se muestran a continuación). Si bien Super-Kamiokande no puede identificar cada evento como una interacción neutrino o antineutrino, T2K puede estudiar las oscilaciones de neutrinos y antineutrinos por separado operando el haz en modo neutrino o modo antineutrino.

T2K lanzó un resultado analizando datos con 1.49x10 ²¹ y 1,64x10 ²¹ protones del acelerador para el modo de haz de neutrinos y el modo de haz de antineutrino, respectivamente. Si el parámetro δ _cp es igual a 0º o 180º, los neutrinos y antineutrinos cambiarán de tipo (de muón a electrón) de la misma forma durante la oscilación. El δ _cp El parámetro puede tener un valor que potencia las oscilaciones de neutrinos o antineutrinos, rompiendo la simetría CP. Sin embargo, La observación de neutrinos ya se ha mejorado en el experimento T2K por el hecho de que los detectores y los componentes de la línea de haz están hechos de materia y no de antimateria. Para separar el efecto de δ _cp a partir de efectos de interacción y línea de haz conocidos, El análisis T2K incluye correcciones basadas en datos de detectores cercanos magnetizados (ND280) colocados a 280 m del objetivo. T2K observó 90 candidatos a neutrinos electrónicos y 15 candidatos a antineutrinos electrónicos. T2K espera observar 82 eventos de neutrinos de electrones en comparación con 17 eventos de antineutrinos de electrones para la mejora máxima de neutrinos (δ _cp =-90º) y 56 eventos de electrones de neutrinos en comparación con 22 eventos de electrones de antineutrinos para el aumento máximo de antineutrinos (δ _cp =+ 90º). El número observado de eventos en función de la energía de neutrinos reconstruida se muestra a continuación. Los datos de T2K son más compatibles con un valor cercano a δ _cp =-90º que mejora significativamente la probabilidad de oscilación de los neutrinos en el experimento T2K. Usando estos datos, T2K evalúa los intervalos de confianza para el parámetro δ _cp . La región desfavorecida en el nivel de confianza de 3σ (99,7%) es de 2º a 165º. Este resultado representa la restricción más fuerte en δ _cp hasta la fecha. Los valores de 0º y 180º están desfavorecidos al 95% de nivel de confianza, que fue el caso en el lanzamiento anterior de T2K en 2017, lo que indica que la simetría CP puede violarse en oscilaciones de neutrinos.

Si bien este resultado muestra una fuerte preferencia por la mejora de la tasa de neutrinos en T2K, aún no está claro si se viola la simetría CP o no. Para mejorar aún más la sensibilidad experimental a un posible efecto de violación de la simetría CP, T2K Collaboration actualizará el conjunto de detectores cercanos para reducir las incertidumbres sistemáticas y acumular más datos, y J-PARC aumentará la intensidad del haz mejorando el acelerador y la línea de luz.