Se pare că neutrinii şi antineutrinii au comportamente diferite; acesta este rezultatul experimentului T2K din Japonia, care măsoară oscilaţii ale acestor particule într-o ex-mină situată la circa 1 km adâncime. Aceast comportament diferit ar putea explica de ce materia a învins în bătălia cu antimateria imediat după Big Bang şi deci de ce existăm.

De ce existăm? Întrebarea aceasta pentru un fizician nu este nici filozofică şi nici retorică. Are de-a face cu aşa-numita enigmă a dispariţiei antimateriei imediat după Big Bang. Universul nostru este alcătuit doar din materie – precum atomii care conţin protoni şi neutroni în nuclee şi electroni care orbitează în jurul acestor nuclee. Imediat însă după Big Bang teoria noastră spune că ar fi existat un număr egal de particule, precum electroni şi cuarci (din care sunt compuşi protonii şi neutronii) şi antiparticule (precum antielectroni şi anticuarci care au sarcina electrică opusă faţă de cea a particulelor). Precum se ştie, atunci când o particulă întâlneşte antiparticula corespunzătoare are loc o anihilare care lasă în urmă energie pură – fotoni. Atunci noi de ce existăm? Cum de materia nu s-a anihilat cu antimateria lăsând în urmă o minunată şi intensă lumină, însă fără noi?

Una dintre explicaţii este cum că legile fizice din lumea particulelor ar fi diferite faţă de cele din lumea antiparticulelor; aşa ceva a fost de fapt măsurat pentru particule precum kaonii sau mezonii B, însă asimetria de comportament măsurată nu explică din punct de vedere cantitativ de ce a rămas atâta materie – cea pe care de fapt o vedem în Univers în galaxiile observate. Trebuie să existe deci asimetrii importante pentru particule care încă nu au fost măsurate. Este tocmai acesta cazul neutrinilor – particule extrem de greu de măsurat, întrucât nu au sarcină electrică şi au masa extrem de mică, interacţionând cu materia doar prin aşa-numita interacţiune slabă. De exemplu în fiecare secundă noi înşine suntem traversaţi de miliarde şi miliarde de neutrini care provin în mare parte de la Soare însă trec prin noi ca şi cum am fi transparenţi, fără să lase urme.

Un nou experiment în Japonia, T2K, a publicat recent un articol în revista Nature în care a prezentat rezultatul a 10 ani de studii asupra comportamentului netrininilor faţă de cel al antineutrinilor. Netrinii sunt de trei feluri: electronici, muonici şi tauonici (precum şi antineutrinii). În călătoria lor prin Univers neutrinii oscilează – un comportament cuantic, care duce la transformarea unui neutrin de un anumit tip într-un neutrin de alt tip. Este exact ceea ce au măsurat cercetătorii din T2K, cu neutrini şi antineutrini de tip muonic generaţi la J-PARC la Tokai şi măsuraţi că neutrini şi antineutrini electronici, după ce au străbătut o distanţă de 295 de km, cu aparatul Super-Kamiokande, într-o mină la circa 1 km sub pământ. Super-Kamiokande măsoară semnalele produse de neutrini şi antineutrini în circa 50.000 de tone de apă ultra-pură cu ajutorul a 13.000 detectoare de fotoni.

Au putut măsura cum circa 90 de neutrini muonici s-au transformat în neutrini electronici şi doar 15 antineutrini au suferit această transformare. O diferenţă de comportament importantă! Putem deci răsufla uşuraţi, a fost descifrat misterul dispariţiei antimateriei din Univers? Din păcate încă nu, întrucât semnificaţia statistică a rezultatelor (doar 3 sigma) nu este atât de mare ca să ne permită să tragem o astfel de concluzie. Va trebui ca în viitor să fie efectuate noi experimente, noi măsurători, asupra a mii sau chiar zeci de mii de netrini care au oscilat ca să caracterizăm mai bine procesul şi să tragem concluziile finale.

Suntem însă pe calea cea bună: materia şi antimateria se comportă în mod diferit, şi încă mai căutăm toate acele situaţii (adică particule şi tipuri de interacţiuni) în care se verifică această diferenţă de comportament, această asimetrie care a dus inclusiv la existenţa noastră în acest minunat Univers, care nu încetează să ne surprindă.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional “Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe]