Se pare ca neutrinii si antineutrinii au comportamente diferite; acesta este rezultatul experimentului T2K din Japonia, care masoara oscilatii ale acestor particule intr-o ex-mina situata la circa 1 km profunzime.

Aceast comportament diferit ar putea explica de ce materia a invins in batalia cu antimateria imediat dupa Big Bang si deci de ce existam. De ce existam? Intrebarea aceasta pentru un fizician nu este nici filozofica si nici retorica.

Are de-a face cu asa-numita enigma a disparitiei antimateriei imediat dupa Big Bang. Universul nostru este alcatuit doar din materie – precum atomii care contin protoni si neutroni in nuclee si electroni care orbiteaza in jurul acestor nuclee.

mediat insa dupa Big Bang teoria noastra spune ca ar fi existat un numar egal de particule, precum electroni si cuarci (din care sunt compusi protonii si neutronii) si antiparticule (precum antielectroni si anticuarci care au sarcina electrica opusa fata de cea a particulelor).

Precum se stie, atunci cand o particula intalneste antiparticula corespunzatoare are loc o anihilare care lasa in urma energie pura – fotoni. Atunci noi de ce existam? Cum de materia nu s-a anihilat cu antimateria lasand in urma o minunata si intensa lumina, insa fara noi?

Una dintre explicatii este cum ca legile fizice din lumea particulelor ar fi diferite fata de cele din lumea antiparticulelor; asa ceva a fost de fapt masurat pentru particule precum kaonii sau mezonii B, insa asimetria de comportament masurata nu explica din punct de vedere cantitativ de ce a ramas atata materie – cea pe care de fapt o vedem in Univers in galaxiile observate.

Trebuie sa existe deci asimetrii importante pentru particule care inca nu au fost masurate. Este tocmai acesta cazul neutrinilor – particule extrem de greu de masurat, intrucat nu au sarcina electrica si au masa extrem de mica, interactionand cu materia doar prin asa-numita interactiune slaba. De exemplu in fiecare secunda noi insine suntem traversati de miliarde si miliarde de neutrini care provin in mare parte de la Soare insa trec prin noi ca si cum am fi transparenti, fara sa lase urme.

Un nou experiment in Japonia, T2K, a publicat recent un articol in revista Nature in care a prezentat rezultatul a 10 ani de studii asupra comportamentului netrininilor fata de cel al antineutrinilor. Netrinii sunt de trei feluri: electronici, muonici si tauonici (precum si antineutrinii). In calatoria lor prin Univers neutrinii oscileaza – un comportament cuantic, care duce la transformarea unui neutrin de un anumit tip intr-un neutrin de alt tip.

Este exact ceea ce au masurat cercetatorii din T2K, cu neutrini si antineutrini de tip muonic generati la J-PARC la Tokai si masurati ca neutrini si antineutrini electronici, dupa ce au strabatut o distanta de 295 de km, cu aparatul Super-Kamiokande, intr-o mina la circa 1 km sun pamant. Super-Kamiokande masoara semnalele produse de neutrini si antineutrini in circa 50.000 de tone de apa ultra-pura cu ajutorul a 11.000 detectoare de fotoni.

Au putut masura cum circa 90 de neutrini muonici s-au transformat in neutrini electronici si doar 15 antineutrini au suferit aceasta transformare. O diferenta de comportament importanta! Putem deci rasufla usurati, a fost descifrat misterul disparitiei antimateriri din Univers?

Din pacate inca nu, intrucat semnificatia statistica a rezultatelor (doar 3 sigma) nu este atat de mare ca sa ne permita sa tragem o astfel de concluzie. Va trebui in viitor sa fie efectuate noi experimente, noi masuratori, asupa a mii sau chiar zeci de mii de netrini care au oscilat ca sa caracterizam mai bine procesul si sa tragem concluziile finale.

Suntem insa pe calea cea buna: materia si antimateria se comporta in mod diferit, si inca mai cautam toate acele situatii (adica particule si tipuri de interactiuni) in care se verifica aceasta diferenta de comportament, aceasta asimetrie care a dus inclusiv la existenta noastra in acest minunat Univers, care nu inceteaza sa ne surprinda.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro