T2K -samarbetet har publicerat nya resultat som visar den starkaste begränsningen hittills på parametern som styr brytningen av symmetrin mellan materia och antimateria i neutrinooscillationer. Med hjälp av balkar av muonneutrinoer och muonantineutrinos, T2K har studerat hur dessa partiklar och antipartiklar övergår till elektronneutriner och elektronantineutriner, respektive. Parametern som styr materien/antimateriets symmetri bryts vid neutrinooscillation, kallas δ _cp fas, kan ta ett värde från -180º till 180º. För första gången, T2K har missgynnat nästan hälften av de möjliga värdena vid 99,7% (3σ) konfidensnivå, och börjar avslöja en grundläggande egenskap hos neutrinoer som inte har mätts förrän nu. Detta är ett viktigt steg på vägen till att veta om neutrinoer och antineutrinoer beter sig annorlunda eller inte. Dessa resultat, med hjälp av data som samlats in under 2018, har publicerats i den tvärvetenskapliga vetenskapliga tidskriften, Natur den 16 april.

För de flesta fenomen, fysikens lagar ger en symmetrisk beskrivning av materiens och antimateriets beteende. Dock, denna symmetri håller inte universellt. Effekten av asymmetrin mellan materia och antimateria är tydligast vid observation av universum, som består av materia med liten antimateria. Man tror att lika mycket materia och antimateria skapades i början av universum. Sedan, för att universum ska utvecklas till ett tillstånd där materia dominerar över antimateria, en nödvändig förutsättning är kränkning av den så kallade Charge-Parity (CP) symmetrin. Tills nu, CP -symmetriöverträdelse har bara observerats i fysiken hos subatomära partiklar som kallas kvarker, men storleken på CP -symmetriöverträdelsen är inte tillräckligt stor för att förklara materiens observerade dominans över antimateria i universum. T2K söker nu efter en ny källa till CP -symmetriöverträdelse i neutrinooscillationer som skulle manifestera sig som en skillnad i den uppmätta oscillationssannolikheten för neutrinoer och antineutrinos.

T2K-experimentet använder en stråle som huvudsakligen består av muonneutrinoer eller muonantineutrinoer som skapats med protonstrålen från Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) som ligger i byn Tokai på Japans östkust. En liten bråkdel av neutrinoerna (eller antineutrinos) detekteras 295 km bort vid Super-Kamiokande-detektorn, ligger under ett berg i Kamioka, nära Japans västkust. När muonneutrinoerna och muonantineutrinoerna passerar avståndet från Tokai till Kamioka (därav namnet T2K), en bråkdel kommer att pendla eller ändra smak till elektronneutrino respektive elektronantineutrino. Elektronneutrinerna och elektronantineutrinerna identifieras i Super-Kamiokande-detektorn av de ringar av Cherenkov-ljus som de producerar (visas nedan). Även om Super-Kamiokande inte kan identifiera varje händelse som en neutrino- eller antineutrino-interaktion, T2K kan studera neutrino- och antineutrino -svängningarna separat genom att använda strålen i neutrino -läge eller antineutrino -läge.

T2K släppte ett resultat som analyserade data med 1,49x10 ²¹ och 1,64x10 ²¹ protoner från acceleratorn för neutrino -strålläge respektive antineutrino -stråläge. Om parametern δ _cp motsvarar 0º eller 180º, neutrinoerna och antineutrinoerna kommer att ändra sin typ (från muon till elektron) på samma sätt under oscillationen. Δ _cp parametern kan ha ett värde som förbättrar svängningarna av neutrinoer eller antineutrinos, bryter CP -symmetri. Dock, observationen av neutriner förstärks redan i T2K -experimentet av det faktum att detektorerna och strålningslinjekomponenterna är gjorda av materia och inte antimateria. För att separera effekten av δ _cp från kända strållinje- och interaktionseffekter, T2K -analysen inkluderar korrigeringar baserade på data från magnetiserade nära detektorer (ND280) placerade 280 m från målet. T2K observerade 90 elektronneutrino -kandidater och 15 elektronantineutrino -kandidater. T2K räknar med att observera 82 elektronneutrinohändelser jämfört med 17 elektronantineutrinohändelser för maximal neutrinohöjning (δ _cp =-90º) och 56 elektronneutrinohändelser jämfört med 22 elektronantineutrinohändelser för maximal antineutrino-förbättring (δ _cp =+90º). Det observerade antalet händelser som en funktion av den rekonstruerade neutrinoenergin visas nedan. T2K -data är mest kompatibla med ett värde nära δ _cp =-90º som signifikant ökar oscillationssannolikheten för neutrinoer i T2K-experimentet. Med hjälp av denna data, T2K utvärderar konfidensintervall för parametern δ _cp . Det ogynnsamma området vid 3σ (99,7%) konfidensnivå är 2º till 165º. Detta resultat representerar den starkaste begränsningen för δ _cp hittills. Värdena 0º och 180º missnöjes vid 95% konfidensnivå, vilket var fallet i T2K:s tidigare utgåva 2017, vilket indikerar att CP -symmetri kan kränkas vid neutrinooscillationer.

Även om detta resultat visar en stark preferens för förbättring av neutrinohastigheten i T2K, det är ännu inte klart om CP -symmetri kränks eller inte. För att ytterligare förbättra den experimentella känsligheten för en potentiell CP -symmetriöverträdande effekt, T2K -samarbetet kommer att uppgradera nära detektorsviten för att minska systematiska osäkerheter och samla in mer data, och J-PARC kommer att öka strålintensiteten genom att uppgradera acceleratorn och strållinjen.