T2K, usa ka taas nga baseline neutrino eksperimento sa oscillation sa Japan, bag-o lang nagtaho og obserbasyon diin ilang nakita ang lig-on nga ebidensya sa kalainan tali sa batakang pisikal nga mga kabtangan sa neutrinos ug kanang sa katugbang nga antimatter counterpart, anti-neutrino. Kini nga obserbasyon nagpakita sa pagpatin-aw sa usa sa pinakadako nga misteryo sa siyensya - usa ka katin-awan sa pagmando sa butang sa Uniberso labaw sa antimatter, ug sa ingon ang atong kinabuhi.
ang butang-antimatter asymmetry sa Uniberso
Sumala sa teorya sa Cosmology, ang mga partikulo ug ang ilang mga antiparticle gihimo nga pares gikan sa radiation sa panahon sa Big-Bang. Ang mga antiparticle mao ang mga antimatter nga adunay halos parehas nga pisikal nga mga kabtangan sa ilang butang mga katugbang ie mga partikulo, gawas sa electric charge ug magnetic nga mga kabtangan nga gibaliktad. Apan, ang Uniberso naglungtad ug gilangkoban lamang sa butang nagpakita nga ang pipila ka butang-antimatter nga simetriya nabungkag sa panahon sa Big-Bang, tungod niini ang mga pares dili na makapuo sa bug-os nga pagpatunghag radyasyon pag-usab. Ang mga physicist nangita pa og mga pirma sa CP-symmetry violation, nga makapatin-aw sa nabuak nga matter-antimatter symmetry sa sayong bahin. Uniberso.
Ang CP-symmetry kay produkto sa duha ka magkalahi nga simetriya – charge-conjugation (C) ug parity-reversal (P). Ang charge-conjugation C kon i-apply sa usa ka charged-particle mausab ang sign sa charge niini, mao nga ang positively charged particle mahimong negative-charged ug vice-versa. Ang mga neutral nga partikulo nagpabilin nga wala mausab ubos sa aksyon sa C. Ang parity-reversal symmetry nagbalikbalik sa spatial coordinates sa partikulo nga kini naglihok - mao nga ang usa ka tuo nga kamot nga partikulo mahimong wala nga kamot, susama sa mahitabo sa dihang ang usa mobarog atubangan sa salamin. Sa katapusan, kung ang CP molihok sa usa ka tuo nga kamot nga negatibo nga gikargahan nga partikulo, kini nahimo nga usa ka wala nga kamot nga positibo nga gikargahan, nga mao ang antiparticle. Sa ingon butang ug ang antimatter adunay kalabutan sa usag usa pinaagi sa CP-symmetry. Busa ang CP kinahanglan nga gilapas aron makamugna ang naobserbahan butang-antimatter asymmetry, nga unang gipunting ni Sakharov niadtong 1967 (1).
Tungod kay ang gravitational, electromagnetic ingon man ang lig-on nga interaksyon kay invariant ubos sa CP-symmetry, ang bugtong dapit nga pangitaon ang CP-violation sa Kinaiyahan mao ang kaso sa mga quark ug/o lepton, nga nakig-interact pinaagi sa huyang nga interaksyon. Hangtud karon, ang paglapas sa CP gisukod sa eksperimento sa quark-sector, bisan pa, kini gamay ra kaayo aron makamugna ang gibanabana nga asymmetry sa Uniberso. Busa ang pagsabot sa CP-violation sa lepton-sector maoy espesyal nga interes sa mga Physicist aron masabtan ang paglungtad sa Uniberso. Ang CP-violation sa lepton-sector mahimong gamiton sa pagpatin-aw sa matter-antimatter asymmetry pinaagi sa proseso nga gitawag og leptogenesis (2).
Nganong importante ang mga neutrino?
Neutrinos mao ang pinakagamay, dagkong mga partikulo sa Kinaiyahan nga walay bayad sa kuryente. Ang pagkaneutral sa kuryente, neutrinos dili mahimong electromagnetic nga mga interaksyon, ug wala usab silay lig-on nga interaksyon. Ang mga neutrino adunay gagmay nga mga masa sa han-ay nga 0.1 eV (~ 2 × 10-37kg), busa ang interaksyon sa gravitational huyang usab kaayo. Ang bugtong paagi neutrinos mahimong makig-uban sa ubang mga partikulo mao ang pinaagi sa mubo-range mahuyang interaksyon.
Kining huyang-interacting kabtangan sa neutrinos, bisan pa, naghimo kanila nga usa ka makapaikag nga pagsusi aron tun-an ang layo nga mga butang nga astrophysical. Samtang bisan ang mga photon mahimong takpan, isabwag ug isabwag sa abog, mga partikulo sa gas ug background radiation nga anaa sa interstellar medium, neutrinos mahimong moagi kasagaran nga walay babag ug makaabot sa Earth-based detectors. Sa kasamtangan nga konteksto, ang huyang nga interaksyon, neutrino-sector mahimong usa ka praktikal nga kandidato nga makatampo sa CP-violation.
Neutrino oscillation ug CP-violation
Adunay tulo ka matang sa neutrino (𝜈) - 𝜈𝑒, 𝜈𝜇 ug 𝜈𝜏 – usa nga nalangkit sa matag lami sa lepton nga electron (e), muon (𝜇) ug tau (𝜏). Ang mga neutrino gihimo ug namatikdan isip mga flavour-eigenstates pinaagi sa huyang nga mga interaksyon kauban ang gikargahan nga lepton sa katugbang nga lami, samtang kini nagpakaylap isip mga estado nga adunay piho nga mga masa, nga gitawag nga mass-eigenstates. Sa ingon ang usa ka neutrino beam sa tino nga lami sa gigikanan nahimo nga usa ka sagol sa tanan nga tulo nga lainlaing mga lami sa punto nga makit-an pagkahuman sa pagbiyahe sa pila ka gitas-on sa agianan - ang proporsyon sa lainlaing mga estado sa lami nga nagsalig sa mga parameter sa sistema. Kini nga panghitabo nailhan nga neutrino oscillation, nga naghimo niining gagmay nga mga partikulo nga espesyal kaayo!
Sa teoriya, ang matag usa sa neutrino flavour-eigenstates mahimong ipahayag isip usa ka linear nga kombinasyon sa tanang tulo ka mass-eigenstates ug vice-versa ug ang pagsagol mahimong gihulagway sa usa ka unitary matrix nga gitawag Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata (PMNS) matrix (3,4 ,3). Kini nga XNUMX-dimensional nga unitary mixing matrix mahimong ma-parametrize sa tulo nga mga anggulo sa pagsagol ug komplikado nga mga hugna. Niining mga komplikadong hugna, ang neutrino oscillation sensitibo sa usa lang ka hugna, nga ginganlag 𝛿𝐶𝑃, ug kini ang talagsaong tinubdan sa CP-violation sa lepton-sector. 𝛿𝐶𝑃 mahimong makuha ang bisan unsang kantidad sa range −180° ug 180°. Samtang 𝛿𝐶𝑃=0,±180° nagpasabot nga ang mga neutrino ug antineutrino managsama ug CP gitipigan, 𝛿𝐶𝑃Ang =±90° nagpaila sa pinakataas nga CP-violation sa lepton-sector sa Standard Model. Ang bisan unsang intermediate nga kantidad nagpaila sa paglapas sa CP sa lainlaing mga degree. Busa pagsukod sa 𝛿𝐶𝑃 mao ang usa sa labing importante nga mga tumong sa neutrino physics komunidad.
Pagsukod sa mga parameter sa oscillation
Ang mga neutrino daghan kaayog gihimo sa panahon sa nukleyar nga mga reaksiyon, sama niadtong anaa sa Adlaw, ubang mga bituon ug mga supernova. Giprodyus usab kini sa atmospera sa Yuta pinaagi sa interaksyon sa high-energy cosmic rays nga adunay atomic nuclei. Aron makabaton ug ideya sa neutrino flux, mga 100 trilyon ang moagi kanato kada segundo. Pero wa man ta kabantay kay huyang kaayo silag interaksyon. Gihimo niini ang pagsukod sa mga kabtangan sa neutrino sa panahon sa mga eksperimento sa oscillation sa neutrino nga usa ka mahagiton nga trabaho!

Aron masukod kining idlas nga mga partikulo, ang mga neutrino detector dako, nga adunay kilo-toneladang masa ug ang mga eksperimento mokabat ug pipila ka tuig aron makab-ot ang mahinungdanong resulta sa istatistika. Tungod sa ilang huyang nga interaksyon, gikuha sa mga siyentista ang mga 25 ka tuig aron mahibal-an ang una nga neutrino sa eksperimento pagkahuman gipostulat ni Pauli ang ilang presensya kaniadtong 1932 aron ipasabut ang pagkonserba sa kusog-momentum sa nuclear beta decay (gipakita sa numero (5)).
Gisukod sa mga siyentista ang tanan nga tulo nga mga anggulo sa pagsagol nga adunay labaw sa 90% nga katukma sa 99.73% (3𝜎) pagsalig (6). Ang duha sa mga anggulo sa pagsagol dako aron ipatin-aw ang mga oscillations sa solar ug atmospheric neutrino, ang ikatulo nga anggulo (gingalanan 𝜃13) gamay, labing angay nga kantidad nga gibana-bana nga 8.6°, ug gisukod sa eksperimento bag-o lang kaniadtong 2011 sa eksperimento sa reactor neutrino nga Daya-Bay sa China. Sa PMNS matrix, ang hugna 𝛿𝐶𝑃 makita lamang sa kombinasyon nga sin𝜃13𝑒±𝑖𝛿𝐶𝑃, paghimo sa eksperimento nga pagsukod sa 𝛿𝐶𝑃 kalisud.
Ang parameter nga nag-ihap sa gidaghanon sa CP-violation sa quark ug neutrino-sectors gitawag nga Jarlskog invariant 𝐽𝐶𝑃 (7), nga usa ka function sa pagsagol sa mga anggulo ug ang CP-violating phase. Para sa quark-sector 𝐽𝐶𝑃~3×10-5 , samtang para sa neutrino-sector 𝐽𝐶𝑃~0.033 sala𝛿𝐶𝑃, ug sa ingon mahimong hangtod sa tulo ka order sa magnitude nga mas dako pa kay sa 𝐽𝐶𝑃 sa quark-sector, depende sa kantidad sa 𝛿𝐶𝑃.
Resulta gikan sa T2K - usa ka timaan sa pagsulbad sa misteryo sa butang-antimatter asymmetry
Sa long-baseline nga neutrino oscillation experiment T2K (Tokai-to-Kamioka sa Japan), ang neutrino o antineutrino beams gihimo sa Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) ug nakita sa Water-Cerenkov detector sa Super-Kamiokande, human sa pagbiyahe sa 295km nga gilay-on sa Yuta. Tungod kay kini nga accelerator makahimo og mga sagbayan sa bisan hain sa 𝜈𝜇 o ang antiparticle niini 𝜈̅𝜇, ug ang detector makamatikod 𝜈𝜇,𝜈𝑒 ug ang ilang mga antiparticle 𝜈̅𝜇, 𝜈̅𝑒, sila adunay mga resulta gikan sa upat ka lain-laing mga proseso sa oscillation ug makahimo sa pagtuki aron makakuha og episyente nga mga utlanan sa oscillation parameters. Apan, ang CP-violating phase 𝛿𝐶𝑃 makita lamang sa proseso kung ang mga neutrino magbag-o sa lami ie sa oscillations 𝜈𝜇→𝜈𝑒 ug 𝜈̅𝜇→𝜈̅𝑒 – bisan unsang kalainan niining duha ka proseso magpasabot ug CP-violation sa lepton-sector.
Sa bag-o nga komunikasyon, ang kolaborasyon sa T2K nagreport sa makapaikag nga mga utlanan sa paglapas sa CP sa sektor sa neutrino, pag-analisar sa datos nga nakolekta sa 2009 ug 2018 (8). Kining bag-ong resulta nagsalikway sa mga 42% sa tanang posibleng kantidad sa 𝛿𝐶𝑃. Labaw sa tanan, ang kaso kung ang CP gikonserbar wala’y labot sa 95% nga pagsalig, ug sa parehas nga oras ang labing kadaghan nga paglapas sa CP daw gipalabi sa Kinaiyahan.
Sa natad sa high-energy physics, usa ka 5𝜎 (ie 99.999%) nga pagsalig ang gikinahanglan para sa pag-angkon og bag-ong nadiskobrehan, busa ang sunod nga henerasyon nga mga eksperimento gikinahanglan aron makakuha og igong estadistika ug mas taas nga katukma alang sa pagkadiskobre sa CP-violating phase. Bisan pa, ang bag-o nga resulta sa T2K usa ka hinungdanon nga pag-uswag padulong sa among pagsabut sa butang-antimatter asymmetry sa Uniberso pinaagi sa CP-violation sa neutrino-sector, sa unang higayon.
***
mga pakisayran:
1. Sakharov,Andrei D., 1991. ''Paglapas sa CP invariance, C asymmetry, ug baryon asymmetry sa uniberso''. Soviet Physics Uspekhi, 1991, 34 (5), 392–393. DOI: https://doi.org/10.1070/PU1991v034n05ABEH002497
2. Bari Pasquale Di, 2012. Usa ka pasiuna sa leptogenesis ug neutrino nga mga kabtangan. Contemporary Physics Tomo 53, 2012 - Isyu 4 Mga panid 315-338. DOI: https://doi.org/10.1080/00107514.2012.701096
3. Maki Z., Nakagawa M. ug Sakata S., 1962. Mga komento sa hiniusang modelo sa elementarya nga mga partikulo. Pag-uswag sa Theoretical Physics, Tomo 28, Isyu 5, Nobyembre 1962, Mga Pahina 870–880, DOI: https://doi.org/10.1143/PTP.28.870
4. Pontecorvo B., 1958. INVERSE BETA PROCESSES UG DON-CONSERVATION OF LEPTON CHARGE. Journal of Experimental and Theoretical Physics (USSR) 34, 247-249 (Enero, 1958). Anaa online http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_007_01_0172.pdf. Gi-access kaniadtong 23 Abril 2020.
5. Inductiveload, 2007. Beta-minus nga Pagkadunot. [larawan online] Anaa sa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Beta-minus_Decay.svg. Gi-access 23 Abril 2020.
6. Tanabashi M., et al. (Particle Data Group), 2018. Neutrino Masses, Mixing, and Oscillations, Phys. Rev. D98, 030001 (2018) ug 2019 update. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.98.030001
7. Jarlskog, C., 1986. Gitubag ni Jarlskog. Phys. Si Rev. Lett. 57, 2875. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.57.2875
8. Ang T2K Collaboration, 2020. Pagpugong sa butang–antimatter symmetry-violating phase sa neutrino oscillations. Nature volume 580, pages339–344(2020). Gipatik: 15 Abril 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
***