Az anyag és antianyag aszimmetriájának jelensége az egyik legnagyobb megoldatlan rejtély a világon, pedig az egész univerzum létezése ezen az “egyenlőtlenségen” alapul.
Hova lett az antianyag, és miért alakulhatott ki egy anyagból álló világegyetem, mikor az egymással találkozó anyag-antianyag részecskék szinte azonnal kioltják egymást, és a feltételezések szerint kezdetben egyenlő mértékű anyag és antianyag keletkezett?
A nagy kérdést egyelőre nem sikerült megválaszolni, de a kutatók folyamatosan dolgoznak rajta, hogy feltárják a fizikai szabályokat és a részecskék működésének azon jellemzőit, amelyek közelebb vihetnek a magyarázathoz.
Az egyik terület, ami segíthet az aszimmetria megértésében, a neutrínók vizsgálata - a neutrínók, avagy az univerzum szellemrészecskéi ugyanis máshogy viselkednek, mint antineutrínó párjaik, és ez a CP-szimmetriasértés fontos láncszemet jelenthet az anyag megmaradásának folyamatában.
“A kutatóknak évtizedeken át sikerült kimutatni az atomokat alkotó kvarkok és antirészecskéik közötti szimmetriasértéseket. Ez a sértés azonban nem elég nagy ahhoz, hogy megmagyarázza az antianyag eltűnését a világegyetemben.
Egy másik irány ígéretesnek tűnik: a neutrínók és antineutrínók viselkedése közötti aszimmetria a hiányzó magyarázat jelentős részét adhatja.” - magyarázta a CNRS francia kutatóintézet 2020-ban - “A neutrínók rendkívül könnyű elemi részecskék. Áthaladnak az anyagon, nagyon nehéz őket detektálni, és még nehezebb pontosan tanulmányozni. Háromféle neutrínó, vagy “íz” létezik: az elektron-, a müon- és a tau-neutrínó. Az a viselkedés, amely a neutrínók és antineutrínók esetében eltérhet, az oszcilláció, vagyis az a képességük, hogy terjedésük során egyik ízből a másikba alakuljanak át.”
A neutrínók ízei közötti különbség valószínűleg tömegkülönbséggel is jár, bár a neutrínók tömege alapvetően olyannyira elenyésző, hogy nehéz meghatározni a különbség mértékét. Az oszcilláció megfigyelése és megértése felfedheti a neutrínók és az antineutrínók közötti eltéréseket, és az aszimmetria “működését”, de a feladat nem egyszerű, speciális berendezésekre, nagy érzékenységű műszerekre van szükség a vizsgálatokhoz.
A japán T2K és az amerikai NOvA neutrínókísérletekben most közös erővel igyekeztek a kutatók felfedni a neutrínóoszcilláció titkait, és meghatározni a neutrínó különféle ízei közötti tömegkülönbségeket. A kísérletben az ELTE kutatói is részt vettek.
“A Japánban működő T2K és az Amerikában üzemelő NOvA eltérő energiatartományokkal és különböző bázistávolságokkal dolgozik, ezért hagyományosan rivális kísérleteknek számítanak. Most azonban éppen különbözőségeik tették lehetővé, hogy az adataikat egyesítve minden eddiginél pontosabb oszcillációs méréseket végezzenek.
A közös elemzésnek köszönhetően a neutrínótömegek különbségének bizonytalansága 2% alá csökkent – ez a valaha elért legpontosabb érték.”
- írta az ELTE a projekttel kapcsolatban.
“Hogy a kutatóknak az eddigi legkisebb közelítéssel sikerült megmérniük a neutrínórészecskék tömege közötti eltérést, azért jelent óriási előrelépést a részecskefizikában, mert közelebb visz annak megválaszolásához, hogy vajon a neutrínók viselkedésének köze van-e az anyag– antianyag aszimmetria kialakulásához. Bár továbbra sem ismerjük a három neutrínótípus tömegsorrendjét (vagyis nem tudjuk megmondani, melyik a legkönnyebb és a legnehezebb), a friss eredmények erősen szűkítik a lehetséges tartományokat, és pontosabban meghatározhatóvá teszik a részecskék és antirészecskéik közti viselkedésbeli eltéréseket, az úgynevezett CP-szimmetriasértést.”
A T2K és a NOvA is protonnyalábokat használ, amelyeket egy grafit céltárgyra irányítanak. A mágneses kürtök a töltésük alapján választják szét a hadronokat: a pozitívan töltött hadronok bomlása során neutrínók, a negatív töltésűekből antineutrínók keletkeznek.
“Az ELTE vezető szerepet tölt be a T2K kísérletben”
- mondta el Yoshikazu Nagai, a T2K együttműködés Sugárnyaláb Csoportjának és az ELTE Neutrínó Fizikai Kutatócsoportjának vezetője - “Jelentős mértékben járulunk hozzá ahhoz, hogy rekordszintű gyorsítóteljesítményt érhessen el a kísérlet, és ahhoz is, hogy a neutrínónyaláb tulajdonságait soha eddig el nem ért pontossággal mérhessük – ez kulcsfontosságú a neutrínóoszcilláció analízisekhez.”
A neutrínók ízeinek és tömegének mérését azonban bonyolítja a neutrínók felépítése is.
“A neutrínótömegek sorrendjének rejtélye, hogy melyik neutrínó a legkönnyebb. De ez nem olyan egyszerű, mint részecskéket egy mérlegre tenni.”
- írják a tanulmányról szóló hivatalos közleményben - ”A neutrínók parányi tömeggel rendelkeznek, amelyet tömegállapotok kombinációi alkotnak. Három neutrínó-tömegállapot létezik, ám zavaró módon ezek nem feleltethetőek meg közvetlenül a három neutrínóíznek. Valójában minden egyes íz a három tömegállapot keverékéből áll, és minden tömegállapot esetében más-más a valószínűsége, hogy egy adott neutrínóízhez hasonlóan viselkedjen.”
“A neutrínófizika különös terület. Nagyon nehéz elkülöníteni az egyes hatásokat”
– összegezte Kendall Mahn, a T2K szóvivője. „Az elemzések kombinálása lehetővé teszi számunkra, hogy elkülönítsünk egy ilyen hatást, és ez már előrelépés.”
(Fotó: T2K, NOvA, TheDigitalArtist/Pixabay)
