המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים היה האמצעי השולט ביותר להסביר מהם אבני הבניין הבסיסיות של החומר וכיצד הם פועלים זה עשרות שנים. הדגם שהוצע לראשונה בשנות השבעים, טוען כי לכל חלקיק שנוצר ישנו אנטי-חלקיק. כיוון שכך, תעלומה מתמשכת שמציב מודל זה היא הסיבה שהיקום יכול להתקיים אם הוא תיאורטי מורכב מחלקים שווים של חומר ואנטי-חומר.
פער זה לכאורה, המכונה הפרת מטען-זוגיות (CP), היה נושא לניסויים במשך שנים רבות. אולם עד כה לא נערכה הפגנה מוחלטת להפרה זו, או עד כמה חומר יכול להתקיים ביקום ללא מקבילו. אך בזכות ממצאים חדשים ששוחררו על ידי שיתוף הפעולה הבינלאומי של טוקאי לקמיוקה (T2K), אנו עשויים להיות צעד אחד קרוב יותר להבנת הסבר הזה.
לראשונה, בשנת 1964, הפרת המחאה מציעה כי בתנאים מסוימים, החוקים של סימטריה-מטען וסימטריה זוגית (המכונה סימטריה CP-CP) אינם חלים. חוקים אלה קובעים כי הפיזיקה המנהלת חלקיק צריכה להיות זהה אם הייתה מחליפה אותה עם החלקיקים שלה, בעוד שהקואורדינטות המרחביות שלה היו הפוכות. מתצפית זו עלתה אחת התעלומות הקוסמולוגיות הגדולות.
אם החוקים המסדירים את החומר וההתנחלויות זהים, אז מדוע היקום נשלט כל כך על העניין? לחילופין, אם חומר ואנטי-חומר שונים זה מזה באופן מהותי, אז איך זה מתיישב עם תפיסות הסימטריה שלנו? תשובה על שאלות אלה אינה חשובה רק ככל שהתיאוריות הקוסמולוגיות השולטות שלנו עוברות, הן גם מהותיות להבנת האופן שבו האינטראקציות החלשות השולטות בחלקיקים עובדות.
שיתוף הפעולה הבינלאומי T2K, שהוקם ביוני 2011, הוא הניסוי הראשון בעולם המוקדש לענות על תעלומה זו על ידי לימוד תנודות נייטרינו ואנטי נייטרינו. הניסוי מתחיל בכך שנוצרות קרניים בעוצמה גבוהה של נויטרנו-מיונים (או אנטי-נייטרינו-מיון) במתחם המחקר המאיץ של יפן פרוטון (J-PARC), אשר לאחר מכן יורים לעבר הגלאי סופר-קמיוקנדה במרחק של 295 ק"מ.
גלאי זה הוא כיום אחד הגדולים והמתוחכמים בעולם, המוקדש לגילוי ולימוד של נייטרינים סולאריים ואווירה. כאשר נייטרינו נודד בין שני המתקנים, הם משנים "טעם" - עוברים מ נייטרינו מוון או אנטי נייטרינו לניוטרינו אלקטרונים או אנטי נייטרינו. במעקב אחר קרני ניטרינו ואנטי נייטרינו אלה, הניסוי עוקב אחר שיעורי תנודות שונים.
הבדל זה בתנודה מראה כי קיים חוסר איזון בין חלקיקים לאנטי-חלקיקים, ובכך הוא מספק לראשונה הוכחה מוחלטת להפרת CP. זה גם יכול להצביע על כך שקיימות פיסיקה מעבר למודל הסטנדרטי שעדיין לא נבדקו מדענים. באפריל האחרון שוחרר מערך הנתונים הראשון שהופק על ידי T2K, וסיפק תוצאות מספרות.
כפי שאמר מארק הרץ, משתף פעולה ב- T2K ופרופסור עוזר הפרויקטים של Kavli IPMU, בהודעה לעיתונות שהתפרסמה לאחרונה:
"בעוד שמערכות הנתונים עדיין קטנות מכדי להצהיר באופן סופי, ראינו העדפה חלשה להפרת CP גדולה, ואנחנו נרגשים להמשיך לאסוף נתונים ולבצע חיפוש רגיש יותר אחר הפרת CP."
תוצאות אלה שפורסמו לאחרונה ב- מכתבי ביקורת גופנית, כולל את כל הנתונים המופעלים בין ינואר 2010 למאי 2016. בסך הכל, נתונים אלה כללו 7.482 x 1020 פרוטונים (במצב נייטרינו), שהניבו 32 אירועי נייטרינו אלקטרונים ו -135 אירועי נייטרינו, ואילו 7.471 × 1020 פרוטונים (במצב אנטי-נוטרינו), שהניבו 4 אירועים אנטי-נייטרינו אלקטרוניים ו -66 אירועים נייטרינו.
במילים אחרות, קבוצת הנתונים הראשונה סיפקה עדות כלשהי להפרת CP, ועם רווח ביטחון של 90%. אבל זו רק ההתחלה, והניסוי צפוי להימשך עשר שנים נוספות לפני שיתמלא. "אם יתמזל מזלנו וההשפעה של הפרת המחאה גדולה, אנו עשויים לצפות לשלוש הוכחות סיגמא, או בערך 99.7% ברמת ביטחון, בגין הפרת CP עד 2026", אמר הרץ.
אם הניסוי יתברר כמוצלח, ייתכן שפיזיקאים יוכלו סוף סוף לענות על איך זה שהיקום המוקדם לא השמיד את עצמו. זה גם עשוי לעזור לחשוף היבטים מהיקום שרופאים פיזיקאים של חלקיקים חוששים להיכנס אליו! כאן, ככל הנראה, ניתן למצוא את התשובות לסודות העמוקים ביותר של היקום, כמו כיצד כל כוחותיו הבסיסיים משתלבים זה בזה.
