Japonijos žeme keliavę neutrinai pakeitė savo „aromatą“

Vykdytame T2K eksperimente buvo naudotas Japonijos tyrimų kompleksas (Japan Proton Accelerator Research Complex – J-PARC), esantis rytinėje pakrantėje. Iš šio komplekso miuoninių neutrinų pluoštelis buvo paleistas po žeme link Super-Kamiokande (Super-K) detektoriaus, esančio už trijų šimtų kilometrų vakarinėje Japonijos pakrantėje.

Eksperimento tikslas yra neutrinų kvantinio skaičiaus (aromato) kitimo stebėjimas neutrinams pereinant Žemės dalį, esančią tarp Japonijos dviejų tyrimų centrų. Tiriamas aromato pokytis, tai yra miuoninio neutrino virtimas elektroniniu neutrinu.

Neutrinai yra elementariosios dalelės, kurios gali turėti tris aromatus – miuoninį, elektroninį ir tau. Ankstesniuose eksperimentuose fizikai matavo miuoninių neutrinų virtimą tau neutrinais bei elektroninių neutrinų virtimą miuoniniais neutrinais ar tau neutrinais.

„Tačiau iki šiol nebuvo stebėtas miuoninių neutrinų virtimas elektroniniais neutrinais“, – pasakė dirbantis projekte fizikas Krisas Volteris (Chris Walter). T2K projekte dalyvauja grupė mokslininkų iš viso pasaulio. Tyrimai prasidėjo 2010 metų sausio mėnesį. Pradžioje neutrinai yra matuojami prie greitintuvo, tai yra savo kelio pradžioje, o paskui – Super-K detektoriuje. Iš viso buvo užregistruoti aštuoniasdešimt aštuoni neutrinai. Panašu, kad šeši iš jų pradėjo savo kelionę kaip miuoniniai neutrinai ir virto į elektroninius neutrinus savo kelyje link Super-K detektoriaus.

„Gauti rezultatai yra labai įdomūs, bet tyrimas yra neseniai prasidėjęs“, – pasakė Volteris. Jis paaiškino, kad buvo atlikta mažiau kaip du procentai planuotų matavimų. Iš dalies tai atsitiko dėl žemės drebėjimo, įvykusio šių metų kovo 11 dieną, todėl T2K projektas buvo sustabdytas.

Preliminarūs tyrimų rezultatai buvo aprašyti „Physical Review Letters“ žurnale bei paskelbti spaudos konferencijos metu.

„Mūsų stebėjimuose registruotas elektroninių neutrinų skaičius artimas atsitiktiniuose matavimuose registruojamam skaičiui, tai yra vienas signalas iš šimto penkiasdešimties registruotų, – pasakė Volteris. – Todėl pateiktame straipsnio pavadinime mes naudojame žodį „požymis“, o ne stebėjimas ar matavimas.“

Jei gauti duomenys reikštų ne „požymį“, o matavimus, tai T2K rezultatai būtų pirmieji, kuriuose būtų išmatuotas miuoninio neutrino virtimas elektroniniu neutrinu. Mokslininkai savo matavimuose nori ištirti fundamentalų fizikos parametrą, vadinamą teta-13 (angl. theta), kuris yra atsakingas už miuoninio neutrino virtimą elektroniniu. Volteris pasakė, kad yra daugiau nei vienas būdas teta-13 parametrui matuoti. Šiuo metu vykdomi keli eksperimentai, kurie tarpusavyje konkuruoja norėdami būti pirmieji.

„Gera naujiena, kad mes gavome įrodymus apie santykinai didelį teta-13 parametrą. Tai reiškia, kad gali būti atlikti ir kiti, net įdomesni, matavimai, jeigu šis parametras yra didelis“, – paaiškino jis. Jei teta-13 yra didelis, tai mokslininkai galės matuoti skirtumus tarp neutrinų ir antineutrinų osciliacijų. Volteris pasakė, kad ankstyvojoje Visatoje kažkodėl susidarė daugiau medžiagos nei antimedžiagos. Kai medžiaga anihiliavo su antimedžiaga, tai liko tik medžiaga. Ši medžiaga yra viskas, ką mes matome apie save šiandien. Tačiau niekas nesupranta, kodėl taip atsitiko.

„Skirtumas tarp neutrinų ir antineutrinų savybių, kurias mes ateityje išmatuosime, gali leisti suprasti, kodėl medžiagos gauta daugiau nei antimedžiagos“, – pratęsė Volteris.

Dabar viskas priklauso nuo to, kaip greitai T2K eksperimentas vėl bus pratęstas. Numatoma vėl pradėti matavimus šių metų pabaigoje.