Nya resultat visar en skillnad i hur neutrinos och antineutrinos beter sig, vilket kan hjälpa till att förklara varför det finns så mycket materia i universum.

Resultaten, tillkännagav idag av det internationella teamet av forskare, inklusive en stor grupp från Imperial College London, tyder på att det kan vara en skillnad mellan materiens beteende och antimateria.

T2K -samarbetet mellan forskare studerar egenskaperna hos neutrinoer och deras antimateria -motsvarigheter, antineutrinos. Neutrinos är grundläggande partiklar som utgör vårt universum och är bland de minst förstådda. Men varannan passerar cirka 50 biljoner neutriner från solen genom din kropp.

Att förstå om neutrinoer och antineutrinoer beter sig annorlunda är viktigt, för om alla typer av materia och antimateria beter sig på samma sätt, de borde ha utplånat varandra strax efter Big Bang. Om detta var fallet, vårt universum skulle inte existera.

Neutrinos och antineutrinos kan båda växla mellan tre "smaker" när de reser, heter elektron, muon och tau neutrinos. Ändringar mellan de tre smakerna kallas oscillationer.

För att utforska dessa svängningar, T2K-experimentet avfyrar en stråle neutrinoer eller antineutrinoer från J-PARC-laboratoriet på Japans östra kust. När strålen når Super-Kamiokande-detektorn, 295 km bort i västra Japan, forskare letar sedan efter en skillnad i neutrinos och antineutrinos oscillationer.

De senaste experimentella resultaten tittade på svängningar som resulterade i uppkomsten av elektronneutrinoer och antineutrinos. Det var en högre än förväntad utseendehastighet för elektronneutrinoer jämfört med förekomsten av elektronantineutriner.

Testar ny grundläggande fysik

Dr Morgan Wascko, internationell medordförande för T2K-experimentet från Department of Physics vid Imperial College London, sa:"Det nuvarande T2K -resultatet visar en fascinerande antydan om att det finns en asymmetri mellan neutrinos och antineutrinos beteende; med andra ord en asymmetri mellan materiens beteende och antimateria. Vi måste nu samla in mer data för att öka betydelsen av våra observerade asymmetri."

han T2K Collaboration är ett internationellt team med cirka 500 fysiker från 63 institut i 11 länder inklusive Storbritannien, Japan, USA, Kanada, Frankrike, och Schweiz. Ett stort team från Institutionen för fysik vid Imperial, ledd av Dr Yoshi Uchida och Dr Wascko, var med och producerade det senaste resultatet, inklusive studenter och postdocs.

Dr Patrick Dunne, en av ledningsanalysatorerna av resultatet, sa:"Rollen jag och flera andra på Imperial play gör den statistiska analysen för att sammanföra allt detta arbete till ett slutligt resultat. Vi spenderar månader på att kontrollera att vi har redogjort för allt om vår detektor och vår modell för hur neutrinoerna interagerar. .

"När allt detta är klart, en av de stora förmånerna att vara en av de människor som gör detta sista steg är att lära känna resultatet lite tidigare än alla andra, vilket är riktigt spännande.

"Förhoppningsvis säger dessa indikationer oss att den nuvarande installationen, och experimenten som vi planerar att följa det, kommer att kunna utföra exakta mätningar av dessa skillnader mellan materia-antimateria. Kompatibilitet med dessa mätningar kommer att vara ett mycket viktigt test för att nya grundläggande teorier om fysik ska passera. "

Från super till hyper

Även om detta arbete är lovande, det finns fortfarande systematiska osäkerheter, så T2K -teamet utformar en uppgradering av detektorn för att öka dess känslighet.

Dr Phillip Litchfield, som ledde Imperials granskning av analysen, sade:"Det framtida experiment som Imperial är mest involverat i är Hyper-Kamiokande, uppgraderingen till Super-Kamiokande-detektorn.

"Detta kommer att uppnå mycket mer exakta (och därför också mer definitiva) resultat helt enkelt genom att vara större och observera hundratals gånger fler neutrinoer än vi hittills har samlat. I detta avseende är det snarare som att få en bättre bild av naturen genom att ha en bättre kamera.

"Men en annan möjlighet vi är aktivt involverade i är att placera en andra detektormodul mycket längre bort på samma strållinje, i Sydkorea snarare än Japan. Detta tillåter oss faktiskt att observera samma fenomen från en annan vinkel. "

Även om laget kanske måste vänta på uppgraderingar och nya experiment för att bekräfta deras resultat, Dr Litchfield konstaterar att vetenskapen går mycket snabbare framåt än väntat. Han sa:”Det är väldigt spännande att vi kan få fram dessa resultat så snabbt.

"T2K har på något sätt haft tur i det när vi upptäckte elektronneutrino -utseende 2013, den observerade effekten var mycket större än förväntat när vi utformade experimentet. Om du frågade mig 2010 när vi skulle se det aktuella resultatet, Jag skulle gissa någon gång i mitten av 2020-talet.

"Den fantastiska hastighet med vilken vi hittar dessa resultat är en utmaning i sig - vi måste titta på alla våra modeller och analystekniker och se till att de är tillräckligt detaljerade och robusta nog för att göra denna mer komplicerade mätning, inte den enklare vi föreställde oss att vi fortfarande kan jobba mot under 2017. "