Daļiņu fizikas standarta modelis ir bijis galvenais līdzeklis, lai gadu desmitiem ilgi izskaidrotu matērijas pamatdaļas un kā tās mijiedarbojas. Pirmoreiz ierosināts 1970. gados, modelis apgalvo, ka katrai radītajai daļiņai ir antidaļiņa. Kā tāds ilgstošs noslēpums, ko rada šis modelis, ir iemesls, kāpēc Visums var pastāvēt, ja teorētiski to veido vienādās matērijas un antimatērijas daļas.
Šī šķietamā atšķirība, kas pazīstama kā maksas paritātes (CP) pārkāpums, daudzus gadus ir bijusi eksperimentu objekts. Bet līdz šim par šo pārkāpumu nav veikts galīgs pierādījums vai tas, cik daudz lietu Visumā var pastāvēt bez tā līdzinieka. Bet, pateicoties jauniem atklājumiem, kurus publiskojusi starptautiskā sadarbība starp Tokai-to-Kamioka (T2K), mēs varam būt vienu soli tuvāk izpratnei, kāpēc šī atšķirība pastāv.
Pirmoreiz novērots 1964. gadā, CP pārkāpums ierosina, ka noteiktos apstākļos lādiņu simetrijas un paritātes simetrijas (aka. CP-simetrijas) likumi nav piemērojami. Šie likumi nosaka, ka fizikai, kas pārvalda daļiņu, jābūt tādai pašai, ja tā tiek aizstāta ar tās daļiņu, bet tās telpiskās koordinātas tiks apgrieztas. Pēc šī novērojuma parādījās viens no lielākajiem kosmoloģiskajiem noslēpumiem.
Ja likumi, kas regulē matēriju un antimateriālu, ir vieni un tie paši, kāpēc tad Visums ir tik dominējošs matērijā? Pārmaiņus, ja matērija un antimateriāls ir būtiski atšķirīgi, tad kā tas saskan ar mūsu simetrijas priekšstatiem? Atbildēt uz šiem jautājumiem ir ne tikai svarīgi, ciktāl tas attiecas uz mūsu valdošajām kosmoloģiskajām teorijām, bet arī svarīgi saprast, kā darbojas vājā mijiedarbība, kas pārvalda daļiņas.
Starptautiskā sadarbība T2K, kas dibināta 2011. gada jūnijā, ir pirmais eksperiments pasaulē, kas veltīts, lai atbildētu uz šo noslēpumu, pētot neitrīno un anti-neitrīno svārstības. Eksperiments sākas ar Jaonas neitronu (vai muonu anti-neitrīno) augstas intensitātes stariem, kas tiek ģenerēti Japānas protonu paātrinātāja pētījumu kompleksā (J-PARC), kuri pēc tam tiek izšauti uz Super-Kamiokande detektoru 295 km attālumā.
Šis detektors šobrīd ir viens no lielākajiem un vismodernākajiem pasaulē, un tas ir paredzēts saules un atmosfēras neitrīnu noteikšanai un izpētei. Tā kā neitrīni pārvietojas starp abiem objektiem, tie maina “garšu” - pārejot no muonu neitrīniem vai anti-neitrīniem uz elektronu neitrīniem vai anti-neitrīniem. Uzraugot šos neitrīno un anti-neitrīno starus, eksperimentā tiek novēroti dažādi svārstību līmeņi.
Šī svārstību atšķirība parādītu, ka pastāv nelīdzsvarotība starp daļiņām un antidaļiņām, un tādējādi pirmo reizi sniegtu pirmos galīgos pierādījumus par KP pārkāpumu. Tas arī norādītu, ka ir arī fizika, kas pārsniedz standarta modeli un ko zinātniekiem vēl nav jāpārbauda. Pagājušā gada aprīlī tika izlaista pirmā T2K izveidotā datu kopa, kas sniedza dažus daudzus rezultātus.
Kā nesenā paziņojumā presei sacīja T2K līdzstrādnieks un Kavli IPMU projekta asistents Marks Hartzs:
"Lai gan datu kopas joprojām ir pārāk mazas, lai izdarītu pārliecinošu paziņojumu, mēs esam pamanījuši, ka liela daļa pārkāpumu tiek doti priekšroka, un mēs ar prieku turpinām vākt datus un veikt jutīgāku CP pārkāpumu meklēšanu."
Šie rezultāti, kas nesen tika publicēti Fiziskās apskates vēstules, ietver visus datus no 2010. gada janvāra līdz 2016. gada maijam. Kopumā šie dati bija 7 482 x 1020 protoniem (neitrīno režīmā), kas izraisīja 32 elektronu neitrīno un 135 jūdžu neitrīno notikumus, un 7 471 × 1020 protoni (antineutrino režīmā), kas izraisīja 4 elektronu anti-neitrīno un 66 muonu neitrīno notikumus.
Citiem vārdiem sakot, pirmā datu partija ir sniegusi dažus pierādījumus par KP pārkāpumu, un to ticamības intervāls ir 90%. Bet tas ir tikai sākums, un paredzams, ka eksperiments ilgs vēl desmit gadus pirms iesaiņošanas. "Ja mums paveicas un KP pārkāpuma efekts ir liels, mēs varam sagaidīt 3 sigma pierādījumus jeb aptuveni 99,7% ticamības līmeni par CP pārkāpumiem līdz 2026. gadam," sacīja Hartzs.
Ja eksperiments izrādās veiksmīgs, fiziķi beidzot var atbildēt, kā tas ir, ka agrīnais Visums nav iznīcinājis sevi. Tas, iespējams, arī palīdz atklāt Visuma aspektus, kuros daļiņu fiziķi vēlas iekļūt! Tieši šeit, visticamāk, tiks atrastas atbildes uz visdziļākajiem Visuma noslēpumiem, piemēram, kā visi tā pamata spēki sader kopā.
