Molto presto universo, subito dopo il Big Bang, la "materia" e l'"antimateria" esistevano entrambe in egual misura. Tuttavia, per ragioni finora sconosciute, la “questione” domina il presente universo. I ricercatori di T2K hanno recentemente dimostrato la presenza di una possibile violazione della parità di carica nel neutrino e le corrispondenti oscillazioni antineutrino. Questo è un passo avanti nella comprensione del motivo per cui la materia domina il mondo universo.
Il Big Bang (avvenuto circa 13.8 miliardi di anni fa) e altre teorie fisiche correlate suggeriscono che i primi universo era la radiazione "dominante" e la "materia" e il "antimateria' esisteva in egual quantità.
Ma l' universo che sappiamo oggi è la “materia” dominante. Perché? Questo è uno dei misteri più intriganti universo. (1).
I universo che sappiamo oggi è iniziato con quantità uguali di "materia" e "antimateria", entrambi sono stati creati in coppia come richiederebbe la legge di natura e poi sono stati annientati ripetutamente producendo radiazioni note come "radiazione di fondo cosmica". Entro circa 100 micro secondi dal Big Bang la materia (particelle) ha iniziato in qualche modo a superare in numero l'antiparticella, diciamo una su ogni miliardo e in pochi secondi tutta l'antimateria è stata distrutta, lasciandosi dietro solo materia.
Qual è il processo o meccanismo che creerebbe questo tipo di differenza o asimmetria tra la materia e l'antimateria?
Nel 1967, il fisico teorico russo Andrei Sakharov postulò tre condizioni necessarie affinché si verificasse uno squilibrio (o produzione di materia e antimateria a velocità diverse) nel sistema solare. universo. La prima condizione di Sakharov è la violazione del numero barionico (un numero quantico che rimane conservato in un'interazione). Ciò significa che i protoni decadono molto lentamente in particelle subatomiche più leggere come un pione neutro e un positrone. Allo stesso modo, un antiprotone decade in un pione e un elettrone. La seconda condizione è la violazione della simmetria di coniugazione delle cariche, C, e della simmetria di coniugazione e parità di carica, CP chiamata anche violazione della parità di carica. La terza condizione è che il processo che genera l'asimmetria barionica non deve essere in equilibrio termico a causa della rapida espansione che diminuisce il verificarsi dell'annichilazione della coppia.
È il secondo criterio di violazione di CP di Sakharov, che è un esempio di una sorta di asimmetria tra le particelle e le loro antiparticelle che descrive il modo in cui decadono. Confrontando il modo in cui le particelle e le antiparticelle si comportano, cioè il modo in cui si muovono, interagiscono e decadono, gli scienziati possono trovare prove di tale asimmetria. La violazione di CP fornisce una prova che alcuni processi fisici sconosciuti sono responsabili della produzione differenziale di materia e antimateria.
Si sa che le interazioni elettromagnetiche e forti sono simmetriche sotto C e P, e di conseguenza sono simmetriche anche sotto il prodotto CP (3). ''Tuttavia, questo non è necessariamente il caso dell''interazione debole', che viola le simmetrie C e P'' dice il Prof. BA Robson. Dice inoltre che "la violazione di CP nelle interazioni deboli implica che tali processi fisici potrebbero portare alla violazione indiretta del numero barionico in modo che la creazione di materia sarebbe preferibile alla creazione di antimateria". Le particelle non quark non mostrano alcuna violazione di CP mentre la violazione di CP nei quark è troppo piccola e insignificante per avere una differenza nella creazione di materia e antimateria. Quindi, la violazione di CP nei leptoni (neutrini) diventano importanti e se venisse dimostrato allora si spiegherebbe perché universo è la materia dominante.
Sebbene la violazione della simmetria CP debba ancora essere dimostrata in modo conclusivo (1), i risultati riportati dal team T2K di recente mostrano che gli scienziati sono molto vicini a ciò. E' stato dimostrato per la prima volta che la transizione da particella ad elettrone e neutrino è favorita rispetto alla transizione da antiparticella ad elettrone e antineutrino, attraverso esperimenti altamente sofisticati a T2K (Tokai to Kamioka) (2). T2K si riferisce a una coppia di laboratori, il Japanese Proton Accelerator Research Complex (J-Parc) in Tokai e l'osservatorio sotterraneo di neutrini Super-Kamiokande nel Kamioka, Giappone, separati da circa 300 km. L'acceleratore di protoni di Tokai ha generato le particelle e le antiparticelle da collisioni ad alta energia e i rivelatori di Kamioka hanno osservato i neutrini e le loro controparti di antimateria, gli antineutrini, effettuando misurazioni molto precise.
Dopo l'analisi di diversi anni di dati al T2K, gli scienziati sono stati in grado di misurare il parametro chiamato delta-CP, che governa la rottura della simmetria CP nell'oscillazione dei neutrini e hanno scoperto il disadattamento o una preferenza per l'aumento della velocità dei neutrini che può eventualmente portare a la conferma della violazione di CP nel modo di oscillare dei neutrini e degli antineutrini. I risultati trovati dal team T2K sono significativi con significatività statistica di 3-sigma o livello di confidenza del 99.7%. Si tratta di un risultato fondamentale poiché la conferma della violazione della CP che coinvolge i neutrini è collegata al predominio della materia nell'universo universo. Ulteriori esperimenti con database più grandi verificheranno se questa violazione leptonica della simmetria CP è maggiore della violazione CP nei quark. Se è così allora avremo finalmente la risposta alla domanda Perché? universo è la materia dominante.
Sebbene l’esperimento T2K non stabilisca chiaramente che si sia verificata una violazione della simmetria CP, è tuttavia una pietra miliare nel senso che mostra in modo conclusivo una forte preferenza per un aumento del tasso di elettroni e neutroni e ci avvicina alla dimostrazione del verificarsi della violazione della simmetria CP e infine alla rispondi 'perché il universo è la materia dominante'.
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Riferimenti:
1. Università di Tokyo, 2020. ''I risultati T2K limitano i possibili valori della fase Neutrino CP -…..'' Comunicato stampa pubblicato il 16 aprile 2020. Disponibile online su http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Consultato il 17 aprile 2020.
2. The T2K Collaboration, 2020. Vincolo sulla fase di violazione della simmetria materia-antimateria nelle oscillazioni del neutrino. Natura volume 580, pagine 339–344 (2020). Pubblicato: 15 aprile 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. Il problema dell'asimmetria materia-antimateria. Giornale di fisica delle alte energie, gravitazione e cosmologia, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
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