Materia y antimateria del Universo

El hecho que el Universo esté dominado hoy por la materia en lugar de estar formado a partes iguales por materia y antimateria es una de las cuestiones más intrigantes de la ciencia / En la imagen T2K

T2K presenta sus primeros resultados sobre asimetrías entre materia y antimateria

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La colaboración internacional del experimento T2K anunció durante la 38ª Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP 2016) que se celebra en Chicago sus hallazgos sobre la simetría entre las oscilaciones de neutrinos y antineutrinos.

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CPAN / Con casi el doble de datos de antineutrinos en 2016 comparados con los resultados iniciales usando datos de antineutrinos en 2015, T2K ha realizado un nuevo análisis de todos los datos, estudiando los resultados de neutrinos y antineutrinos de forma simultánea. Los nuevos datos de T2K, siguiendo las tendencias ya observadas en 2015, muestran  preferencia por la máxima desaparición de neutrinos muónicos y una discrepancia entre las tasas de aparición de neutrinos electrónicos y su antipartícula.

Una de las condiciones que se requieren para el predominio de la materia sobre la antimateria es la violación de la simetría Carga-Paridad (CP)

El hecho que el Universo esté dominado hoy por la materia en lugar de estar formado a partes iguales por materia y antimateria es una de las cuestiones más intrigantes de la ciencia. Una de las condiciones que se requieren para el predominio de la materia sobre la antimateria es la violación de la simetría Carga-Paridad (CP), un principio que establece que las leyes de la física deben ser iguales si se ven al revés en un espejo, con toda la materia intercambiada por antimateria. En el caso de los neutrinos, la violación de esta simetría CP se manifestaría como una diferencia en las tasas de conversión de neutrinos del muón en neutrinos del electron y las tasas correspondientes a antineutrinos.

En el experimento T2K, un haz de neutrinos muónicos se produce en el Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC, Tokai), en la costa este de Japón. El haz de neutrinos se crea dirigiendo protones a 30 GeV desde el acelerador hasta un blanco de carbono para producir un intenso haz de partículas secundarias que se concentra y filtra por intensos campos magnéticos. Estas partículas secundarias se desintegran produciendo un haz de neutrinos o antineutrinos, dependiendo del signo del campo magnético. El haz de neutrinos/antineutrinos se monitoriza en un conjunto de detectores a 280 metros del punto de producción, y son medidos posteriormente en el detector subterráneo Super-Kamiokande, en la costa oeste de Japón, situado a 300 kilómetros de distancia.

La búsqueda de la ruptura de la simetría CP con neutrinos en T2K se basa en el descubrimiento realizado en 2013 por el experimento de la aparición de neutrinos electrónicos a partir de un haz de neutrinos muónicos. Esta medida que fue la primera observación de la aparición de un tipo diferente de neutrino del original del haz. Esta aparición es un ejemplo de las oscilaciones de neutrinos, un fenómeno de mecánica cuántica que se produce por la interferencia de los tres estados de masa del neutrino. Las oscilaciones de neutrinos, descubrimiento galardonado el año 2015 con el Premio Nobel de Física y el Breakthrough Prize on Fundamental Physics, solo pueden producirse si estas partículas tienen masa.

La tasa de aparición de antineutrinos electrónicos observada por T2K es menor que la esperada

La tasa de aparición de antineutrinos electrónicos observada por T2K es menor que la esperada basándose en la tasa de aparición del neutrino electrónico, asumiendo que la simetría CP se mantiene. T2K observa 32 neutrinos electrónicos y 4 antineutrinos electrónicos, cuando se esperarían 23 neutrinos y 7 antineutrinos si no hubiese violación de la simetría CP. Al analizar estos resultados en el marco de las tres familias de neutrinos y antineutrinos, y al combinarse con medidas de la desaparición del antineutrino electrónico procedentes de experimentos con reactores nucleares, los datos de T2K favorecen la máxima violación de CP. El fenómeno de la violación de CP también está favorecido si sólo se usan datos del experimento T2K.

La probabilidad de que esta observación sea el resultado de fluctuaciones estadísticas que imitarían al azar una asimetría entre neutrinos y antineutrinos cuando no existe ninguna es aproximadamente 1 de cada 20, lo que hace necesarios más datos para explorar y consolidar estos interesantes resultados.

El experimento T2K, que comenzó su andadura en el año 2009, fue construido y está siendo operado en la actualidad por una colaboración internacional que consta de más de 450 científicos de 61 instituciones de 11 países (Canadá, Francia, Alemania, Italia, Japón, Polonia, Rusia, España, Suiza, Reino Unido y Estados Unidos). Por España participan el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) de Barcelona, el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) de Valencia, y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), que se ha unido este año al experimento.

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