ニュートリノは、星や原子炉から放出されるほとんど質量がなく、ほとんど検出できない亜原子粒子であり、反物質である反ニュートリノとは異なる振る舞いをする、と物理学者が日本の巨大粒子検出器を使って研究していると報告している。結果は決定的なものには程遠いが、電荷パリティ (CP) 違反として知られる非対称性は、生まれたばかりの宇宙がどのようにして反物質よりも多くの物質を生成したか、そしてなぜ星、惑星、および人々が今日存在するのかを説明するのに役立つ可能性がある.また、非対称性を決定的に実証し、正確に測定することを目的とした、さらに大規模なニュートリノ実験を計画している物理学者を奨励する必要があります。
ウィリアム・アンド・メアリー大学の実験ニュートリノ物理学者で、この研究には関わっていないパトリシア・ヴァーレは、「それはわくわくすることです」と言う。 「おそらく、CP 違反を発見できるようになるまで数十年かかることはないでしょう。おそらくそれは地平線を越えたところにあるでしょう。」
ニュートリノには、電子、ミューオン、タウの 3 つのタイプがあり、カメレオンのように、光速に近い速さで疾走しながらタイプを変えることができます。たとえば、太陽からの電子ニュートリノは、地球に到達する前にタウ ニュートリノに変化することがあります。このようなニュートリノ振動を研究するために、T2K 実験を行っている物理学者は、東海にある大強度陽子加速器施設 (J-PARC) から地下のスーパーカミオカンデ (スーパー K) に向けて、陽子をグラファイト ターゲットに衝突させることによって生成されたミューニュートリノまたは反ニュートリノを発射します。 295 キロメートル離れたタンクには 50,000 トンの超純水があり、13,000 本の光感知光電管が並んでいます。
まれに、ミューニュートリノが水中の原子核と衝突してミューオンに変化し、ミューオンが水中を筋状に進んで光の衝撃波を生成し、その衝撃波が光電管に明確な円を投げかけます。さらにまれに、ミュー ニュートリノがスーパー K への旅の途中で電子ニュートリノに変化します。次に、水と相互作用して電子を生成し、光電管にぼやけた円を投げかけます。 T2K が反ニュートリノ ビームで実行されると、そのような相互作用が反ミューオンまたは陽電子のいずれかを生成し、その信号はミューオンと電子によって生成される信号と平行します。
毎秒数兆個の陽子をターゲットに向けて発射し続けた 10 年後、T2K 研究者は、わずか 90 個の電子ニュートリノと 15 個の反電子ニュートリノを集計しました。カウントは、グループが興味をそそる結論に達するのに十分な大きさでした.ミューニュートリノは、反ミューニュートリノが反電子ニュートリノに変わるよりも速い速度で電子ニュートリノに変わる、と 357 人の強力なチームが今日 Nature で報告している .
ニュートリノと反ニュートリノの振動率の違いは、CP に違反しています。これは、粒子を反粒子に置き換えてすべてのスピンを逆にすると、多かれ少なかれ、物理は同じように見えるべきであるという対称性です。幼児宇宙は明らかに反物質よりも多くの物質を生成したため、何らかのCP違反が必要なようです。そうでなければ、2人はお互いを完全に消滅させていたでしょう. 1960 年代以降、物理学者はクォークと呼ばれる素粒子が関与する CP 破れのヒントを観察してきましたが、宇宙の不均衡を説明するには少なすぎます。
ニュートリノ間で CP の破れが見つかったことは、初期の宇宙でより大きな非対称性の原因が働いていたことを示唆しています。ニュートリノ自体は微弱すぎてその役割を果たせませんが、それぞれのタイプのニュートリノは、相互作用によってバランスが変化した、より重い、いわゆる無菌ニュートリノに結びついている可能性があります。通常のニュートリノの間で CP 違反を見つけることは、この図を「補強」するのに役立つだろう、と Vahle は言う。
T2K の結果は決定的なものではありません。95% の信頼水準で CP 違反がない可能性を除外しているだけです。物理学者が強力な証拠を主張するために必要とする 99.7% のレベルでさえ、効果の発見は言うまでもなく.それでも、それは励みになると、ストーニーブルック大学の T2K チームのメンバーである Chang Kee Jung は言います。物理学者は、コンパスの針の向きのように、角度によってニュートリノ間の CP 違反の量を定量化し、これまでのところ、T2K の結果は、針が CP 違反の量を最大化する方向を指していることを示唆しています、と Jung は言います。
それでも、NuMI Off-Axis νe と呼ばれるライバル実験のスポークスパーソンである Vahle 出現（NOνA）、注意を促す。 2014 年以来、NOνA の研究者はフェルミ国立加速器研究所 (Fermilab) から 810 キロメートル離れたミネソタ州アッシュ川の検出器に向けてミューニュートリノを発射してきました。これまでのところ、彼らの結果は、正確さは劣るが、抽象的な羅針盤が CP 違反のない方向を指していることを示唆している、と Vahle は言う。 「真の価値はその中間にあると思います」と彼女は言います。
この矛盾を解決するために、物理学者はこの 10 年間でさらに大規模な実験を計画しています。米国では、科学者たちはニュートリノをフェルミ研究所から 1300 キロメートル離れた深層地下ニュートリノ実験に発射することを計画しています。これは、サウスダコタ州リードの地下 1.6 キロメートルに建設される 40,000 トンの極寒の液体アルゴンを含む装置です。一方、日本の研究者は最近、スーパーKを、それぞれ50万トンの水を含む一対の検出器であるハイパーカミオカンデに置き換える承認を受けました。また、Jung は、T2K 研究者は 2025 年または 2026 年まで実行することを望んでいると述べています。これは、99% を超える信頼度で CP 違反を排除するのに十分な期間です.
