Osakeste füüsika standardmudel on aastakümnete jooksul olnud domineeriv vahend mateeria põhiliste ehitusplokkide selgitamiseks. Esmakordselt 1970. aastatel välja pakutud mudel väidab, et iga loodud osakese jaoks on osake. Sellisena on selle mudeli püstitatud mõistatus, miks Universum saab eksisteerida, kui see teoreetiliselt koosneb aine ja antimaterjali võrdsetest osadest.
Seda näivat ebavõrdsust, mida nimetatakse laenude pariteedi rikkumiseks, on juba aastaid katsetatud. Kuid seni pole selle rikkumise kohta lõplikku tõendit esitatud ega seda, kui palju ainet võib Universumis eksisteerida ilma selle vastaspooleta. Kuid tänu Tokai-Kamioka (T2K) rahvusvahelise koostöö avaldatud uutele leidudele võime olla üks samm lähemale mõistmisele, miks see erinevus on olemas.
Esmakordselt 1964. aastal täheldatud CP rikkumine soovitab, et teatud tingimustel ei kohaldata laengute sümmeetria ja paarsümmeetria seadusi (aka CP-sümmeetriat). Need seadused väidavad, et osakese füüsika peaks olema sama, kui see oleks vahetatud osakese vastase osakese vastu, samas kui selle ruumilised koordinaadid oleksid ümberpööratud. Sellest vaatlusest kerkis esile üks suurimaid kosmoloogilisi saladusi.
Kui ainet ja antimaterjali reguleerivad seadused on samad, siis miks on universum nii mateeria domineeriv? Kui aine ja antimaterjal on põhimõtteliselt erinevad, siis kuidas see vastab meie sümmeetria ideedele? Nendele küsimustele vastamine pole oluline mitte ainult niivõrd, kuivõrd meie valdavad kosmoloogilised teooriad lähevad, vaid ka neile on omane mõistmine, kuidas osakesed valitsevad nõrgad koostoimed toimivad.
2011. aasta juunis asutatud rahvusvaheline T2K koostöö on esimene katse maailmas, mis on pühendatud sellele mõistatusele vastamiseks, uurides neutriino- ja anti-neutriino võnkeid. Katse algab Jaapani prootonkiirendi uuringukompleksis (J-PARC) tekitatavate müoonneutriinode (või müonivastaste neutriinode) kõrge intensiivsusega kiirtega, mis seejärel lastakse 295 km kaugusel asuva Super-Kamiokande detektori poole.
See detektor on praegu üks maailma suurimaid ja keerukamaid, mis on pühendatud päikese ja atmosfääri neutriinode tuvastamisele ja uurimisele. Kuna neutriinod liiguvad kahe rajatise vahel, muutuvad nad "maitses" - liikudes müoonneutriinodest või anti-neutriinodest elektronide neutriinodeks või anti-neutriinodeks. Nende neutriino- ja anti-neutriinokiirte jälgimisel jälgib eksperiment erinevaid võnkekiirusi.
See võnkumiste erinevus näitaks, et osakeste ja antiosakeste vahel on tasakaalustamatus, ja annaks seega esmakordselt lõplikud tõendid CP rikkumise kohta. See osutaks ka sellele, et lisaks tavamudelile on ka füüsikat, mida teadlased pole veel sondinud. Eelmise aasta aprillis ilmus T2K toodetud esimene andmekogum, mis andis mõned kõnelevad tulemused.
Nagu ütles T2K kaastöötaja ja Kavli IPMU projekti abiprofessor Mark Hartz hiljutises pressiteates:
"Ehkki andmekogumid on lõpliku avalduse tegemiseks endiselt liiga väikesed, oleme näinud, et suurt CP rikkumist eelistatakse nõrgalt ja oleme põnevil, et jätkame andmete kogumist ja CP rikkumise tundlikuma otsingu tegemist."
Need tulemused avaldati hiljuti ajakirjas Füüsilise ülevaate kirjad, hõlmavad kõiki andmeid ajavahemikus jaanuar 2010 kuni mai 2016. Kokku moodustasid need andmed 7 482 x 1020 prootonid (neutriino režiimis), mis andsid 32 elektronide neutriino ja 135 müoni neutriino sündmust, ning 7 471 × 1020 prootonid (antineutrino režiimis), mis andsid 4 elektroni anti-neutriino ja 66 müoni neutriino sündmusi.
Teisisõnu, esimene andmepartii on andnud tõendusmaterjali CP rikkumise kohta ja usaldusvahemik on 90%. Kuid see on alles algus ja enne mähistamist peaks katse kestma veel kümme aastat. "Kui meil veab ja CP-i rikkumise mõju on suur, võime 2026. aastaks oodata CP-i rikkumise korral 3 sigma tõendusmaterjali ehk umbes 99,7% -list usaldust," ütles Hartz.
Kui katse osutub edukaks, võivad füüsikud lõpuks vastata, kuidas on see, et varajane universum ei hävitanud end. Tõenäoliselt aitab see paljastada ka selliseid universumi aspekte, millesse osakeste füüsikud tungivad! Selle jaoks leitakse tõenäoliselt vastused universumi sügavaimatele saladustele, näiteks kuidas kõik tema põhijõud omavahel kokku sobivad.
