In the very early universum, soon after the Big Bang, the ‘roll’ and the ‘antimatter’ both existed in equal amount. However, for the reasons unknown so far, the ‘roll‘ dominates the present universum. The T2K researchers have recently shown occurrence of a possible Charge-Parity violation in neutrino and the corresponding anti-neutrino oscillations. This is a step forward in understanding why roll dominerar universum.
Big Bang (som inträffade för cirka 13.8 miljarder år sedan) och andra relaterade fysikteorier tyder på att de tidiga universum var strålningen "dominerande" ochroll' och den 'antimateria' existerade i lika stor mängd.
Men universum that we know today is ‘matter’ dominant. Why? This is one of the most intriguing mysteries of universum. (1).
Smakämnen universum som vi vet idag började med lika mängder 'materia' och 'antimateria', båda skapades i par som naturlagen skulle kräva och förintades sedan upprepade gånger och producerade strålning känd som 'kosmisk bakgrundsstrålning'. Inom cirka 100 mikrosekunder efter Big Bang började materia (partiklar) på något sätt överstiga antipartiklar med säg en på varje miljard och inom några sekunder förstördes all antimateria, vilket bara lämnade kvar materia.
Vilken är den process eller mekanism som skulle skapa denna typ av skillnad eller asymmetri mellan materia och antimateria?
In 1967, the Russian theoretical physicist Andrei Sakharov postulated three conditions necessary for an imbalance (or production of matter and antimatter at different rates) to occur in the universum. First Sakharov condition is the baryon number (a quantum number that remains conserved in an interaction) violation. It means that protons decayed extremely slowly into lighter subatomic particles like a neutral pion and a positron. Similarly, an antiproton decayed into a pion and an electron. Second condition is the violation of charge conjugation symmetry, C, and charge conjugation-parity symmetry, CP also called Charge-Parity violation. Third condition is that the process that generates baryon-asymmetry must not be in thermal equilibrium due to rapid expansion decreasing the occurrence of pair-annihilation.
Det är Sacharovs andra kriterium för CP-kränkning, som är ett exempel på en sorts asymmetri mellan partiklar och deras antipartiklar som beskriver hur de sönderfaller. Genom att jämföra hur partiklar och antipartiklar beter sig, det vill säga hur de rör sig, interagerar och sönderfaller, kan forskare hitta bevis på den asymmetrin. CP-kränkningen ger ett bevis på att vissa okända fysiska processer är ansvariga för den differentiella produktionen av materia och antimateria.
De elektromagnetiska och "starka interaktionerna" är kända för att vara symmetriska under C och P, och följaktligen är de också symmetriska under produkten CP (3). ''Detta är dock inte nödvändigtvis fallet för den 'svaga interaktionen', som bryter mot både C- och P-symmetrierna'' says Prof. B.A. Robson. He further says that “the violation of CP in weak interactions implies that such physical processes could lead to indirect violation of baryon number so that matter creation would be preferred over antimatter creation’’. Non-quark particles do not show any CP violations whereas the CP violation in quarks are too small and are insignificant to have a difference in matter and antimatter creation. So, the CP violation in leptons (neutriner) become important and if it is proved then it would answer why the universum is matter dominant.
Även om CP-symmetribrott ännu inte har bevisats definitivt (1), men resultaten som rapporterats av T2K-teamet visar nyligen att forskare är verkligen nära det. Det har för första gången visat sig att övergången från partikel till elektron och neutrino gynnas framför övergången från antipartikel till elektron och antineutrino, genom mycket sofistikerade experiment vid T2K (Tokai till Kamioka) (2). T2K hänvisar till ett par laboratorier, Japanese Proton Accelerator Research Complex (J-Parc) i Tokai och Super-Kamiokande underjordiska neutrinobservatorium i Kamioka, Japan, åtskilda av cirka 300 km. Protonacceleratorn vid Tokai genererade partiklarna och antipartiklarna från högenergikollisioner och detektorer vid Kamioka observerade neutrinerna och deras antimateriamotsvarigheter, antineutriner, genom att göra mycket exakta mätningar.
After the analysis of several years of data at T2K, scientists were able to measure the parameter called delta-CP, which governs the CP symmetry breaking in neutrino oscillation and found the mismatch or a preference for enhancement of the neutrino rate which can eventually lead to the confirmation of CP violation in the way neutrinos and antineutrinos oscillated. The results found by the T2K team are significant at statistical significance of 3-sigma or 99.7% confidence level. It’s a milestone achievement as confirmation of CP violation involving neutrinos is linked with the dominance of matter in the universum. Further experiments with larger database will test whether this leptonic CP symmetry violation is larger than CP violation in quarks. If it is so then we will finally have the answer to the question Why the universum is matter dominant.
Though the T2K experiment does not clearly establish that CP symmetry violation has occurred but it is a milestone in the sense that it conclusively shows a strong preference for enhanced electron neutron rate and takes us closer to prove the occurrence of CP symmetry violation and eventually to the answer ‘why the universum is matter dominant’.
***
Referenser:
1. Tokyo University, 2020. ''T2K-resultat begränsar möjliga värden av Neutrino CP Phase -…..'' Pressmeddelande Publicerad 16 april 2020. Tillgänglig online på http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Tillträde den 17 april 2020.
2. The T2K Collaboration, 2020. Begränsning av den materia–antimateria symmetriöverträdande fasen i neutrinoscillationer. Naturvolym 580, sid 339–344(2020). Publicerad: 15 april 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. Asymmetriproblemet mellan materia och antimateria. Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
