A T2K Collaboration publicou novos resultados mostrando a restrição mais forte até então no parâmetro que governa a quebra da simetria entre matéria e antimatéria nas oscilações de neutrinos. Usando feixes de neutrinos e antineutrinos do múon, T2K estudou como essas partículas e antipartículas fazem a transição em neutrinos de elétrons e antineutrinos de elétrons, respectivamente. O parâmetro que rege a quebra de simetria matéria / antimatéria na oscilação de neutrino, chamado δ _cp Estágio, pode assumir um valor de -180º a 180º. Pela primeira vez, T2K desfavoreceu quase metade dos valores possíveis no nível de confiança de 99,7% (3σ), e está começando a revelar uma propriedade básica dos neutrinos que não foi medida até agora. Este é um passo importante no caminho para saber se neutrinos e antineutrinos se comportam de maneira diferente ou não. Esses resultados, usando dados coletados até 2018, foram publicados na revista científica multidisciplinar, Natureza em 16 de abril.

Para a maioria dos fenômenos, as leis da física fornecem uma descrição simétrica do comportamento da matéria e da antimatéria. Contudo, esta simetria não é universal. O efeito da assimetria entre matéria e antimatéria é mais aparente na observação do universo, que é composto de matéria com pouca antimatéria. Considera-se que quantidades iguais de matéria e antimatéria foram criadas no início do universo. Então, para o universo evoluir para um estado onde a matéria domina a antimatéria, uma condição necessária é a violação da chamada simetria de paridade de carga (CP). Até agora, A violação da simetria CP só foi observada na física de partículas subatômicas chamadas quarks, mas a magnitude da violação da simetria CP não é grande o suficiente para explicar a dominância observada da matéria sobre a antimatéria no universo. T2K está agora em busca de uma nova fonte de violação de simetria de CP em oscilações de neutrinos que se manifestariam como uma diferença na probabilidade de oscilação medida para neutrinos e antineutrinos.

O experimento T2K usa um feixe consistindo principalmente de neutrinos de múon ou antineutrinos de múon criados usando o feixe de prótons do Complexo de Pesquisa do Acelerador de Prótons do Japão (J-PARC) localizado na vila de Tokai, na costa leste do Japão. Uma pequena fração dos neutrinos (ou antineutrinos) são detectados a 295 km de distância no detector Super-Kamiokande, localizado sob uma montanha em Kamioka, perto da costa oeste do Japão. À medida que os neutrinos e antineutrinos do múon atravessam a distância de Tokai a Kamioka (daí o nome T2K), uma fração oscilará ou mudará o sabor em neutrinos de elétrons ou antineutrinos de elétrons, respectivamente. Os neutrinos e antineutrinos de elétrons são identificados no detector Super-Kamiokande pelos anéis de luz Cherenkov que eles produzem (mostrado abaixo). Embora Super-Kamiokande não consiga identificar cada evento como uma interação de neutrino ou antineutrino, T2K é capaz de estudar as oscilações de neutrino e antineutrino separadamente, operando o feixe no modo neutrino ou no modo antineutrino.

T2K divulgou um resultado analisando dados com 1,49x10 ²¹ e 1,64x10 ²¹ prótons do acelerador para o modo de feixe de neutrino e o modo de feixe de antineutrino, respectivamente. Se o parâmetro δ _cp é igual a 0º ou 180º, os neutrinos e antineutrinos mudarão de tipo (de múon para elétron) da mesma maneira durante a oscilação. O δ _cp parâmetro pode ter um valor que aumenta as oscilações de neutrinos ou antineutrinos, quebrando a simetria do CP. Contudo, a observação de neutrinos já é aprimorada no experimento T2K pelo fato de os detectores e os componentes da linha de feixe serem feitos de matéria e não de antimatéria. Para separar o efeito de δ _cp da linha de feixe conhecida e efeitos de interação, a análise T2K inclui correções baseadas em dados de detectores magnetizados próximos (ND280) colocados a 280m do alvo. T2K observou 90 candidatos a neutrino de elétrons e 15 candidatos a antineutrino de elétrons. T2K espera observar 82 eventos de neutrino de elétron em comparação com 17 eventos de antineutrino de elétron para aumento máximo de neutrino (δ _cp =-90º) e 56 eventos de neutrino de elétron em comparação com 22 eventos de antineutrino de elétron para aumento máximo de antineutrino (δ _cp =+ 90º). O número observado de eventos em função da energia do neutrino reconstruída é mostrado abaixo. Os dados T2K são mais compatíveis com um valor próximo a δ _cp =-90º que aumenta significativamente a probabilidade de oscilação de neutrinos no experimento T2K. Usando esses dados, T2K avalia os intervalos de confiança para o parâmetro δ _cp . A região desfavorecida no nível de confiança 3σ (99,7%) é de 2º a 165º. Este resultado representa a restrição mais forte em δ _cp Até a presente data. Os valores de 0º e 180º são desfavorecidos no nível de confiança de 95%, que era o caso da versão anterior do T2K em 2017, indicando que a simetria CP pode ser violada em oscilações de neutrino.

Embora este resultado mostre uma forte preferência pelo aumento da taxa de neutrino em T2K, ainda não está claro se a simetria do CP é violada ou não. Para melhorar ainda mais a sensibilidade experimental a um efeito potencial de violação da simetria do CP, a T2K Collaboration atualizará o conjunto de detectores próximos para reduzir as incertezas sistemáticas e acumular mais dados, e o J-PARC aumentará a intensidade do feixe atualizando o acelerador e a linha de luz.