La col·laboració internacional T2K ha anunciat a la conferència biennal de la Societat Europea de Física, celebrada a Estocolm, haver observat inequívocament un nou fenomen físic: la transformació de neutrins de tipus muó a neutrins de tipus electró. L’observació d’aquest nou mode d’oscil·lació del neutrí permetrà estudiar les diferències entre matèria i antimatèria, claus per resoldre un dels misteris més importants de la ciència: per què l’univers està fet de matèria i no d’antimatèria?
A T2K participen més de 400 físics d’11 països, entre ells Espanya, representada per l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), i l’Institut de Física Corpuscular (IFIC), de la Universitat de València i el CSIC.
L’any 2011, T2K va presentar els primers indicis d’aquest nou mode d’oscil·lació del neutrí, i ara, amb 3,5 vegades més dades acumulades, l’indici ha deixat pas a l’evidència científica: la probabilitat que el fenomen observat siga fruit de l’atzar (una fluctuació estadística) és menor que una en un bilió. Així, T2K es converteix en el primer experiment en observar de manera explícita l’aparició de neutrins de diferent tipus a aquells produïts originalment.
L’experiment T2K consisteix en un intens feix de neutrins de tipus muó i un complex sistema de detectors que, situats a diferents distàncies, són capaços de mesurar la transformació en vol dels neutrins inicials. El feix de neutrins es produeix al laboratori J-PARC (Japan Proton Accelerator Complex) a Tokai (costa est de Honshu, la major illa de Japó). Les propietats inicials del feix es mesuren en diversos detectors propers al punt de la seua producció.
Després de recórrer 295 quilòmetres, els neutrins arriben a la costa oest de l’illa i són detectats per Super-Kamiokande, un gegantí detector de 50 quilotones instal·lat a un quilòmetre de profunditat dins una antiga mina de zinc. L’anàlisi de les dades recollides per Super-Kamiokande mostra un nombre de neutrins de tipus electró (28 en total) molt superior al que s’esperaria en absència del nou fenomen d’oscil·lació (4,6).
L’oscil·lació del neutrí és la manifestació a nivell macroscòpic d’interferències quàntiques causades per la diferència entre la massa dels diferents tipus de neutrins. L’observació d’aquest nou mode d’oscil·lació possibilita l’estudi d’un altre fenomen, encara més rellevant: la violació de la simetria càrrega-paritat (CP), responsable dels mecanismes que distingeixen el comportament entre matèria i antimatèria.
La violació de la simetria CP, observada fins ara només en quarks (resultat que va valer els premis Nobel dels anys 1980 i 2008), s’accepta hui dia com la teoria més probable per explicar perquè l’univers actual està dominat per matèria i conté contribucions insignificants d’antimatèria. Aquest fenomen constitueix un dels misteris més excitants de la ciència, ja que en el Big Bang la matèria i antimatèria haurien de haver-se creat en igual quantitat.
Una vegada T2K ha pogut establir de manera concloent l’existència d’un nou mode d’oscil·lació que és sensible a la violació de CP, la recerca d’aquest fenomen es converteix en un dels objectius científics més rellevants de la dècada, i T2K es troba en posició de liderar la recerca. T2K espera recollir 10 vegades més dades durant els pròxims anys, incloent aquells obtinguts amb un feix d’antineutrins (‘l’antimatèria’ del neutrí), per buscar diferències en les oscil·lacions de matèria i antimatèria que permeten mesurar la violació de la simetria CP.
Aquest descobriment ha sigut possible gràcies a l’esforç del personal de J-PARC i de la seua direcció, que han procurat un feix de neutrins intens i d’alta qualitat a T2K, especialment després del devastador terratrèmol de març de 2011, que va causar severs danys al complex d’acceleradors de J-PARC i que va interrompre de forma brusca la presa de dades de l’experiment T2K.
T2K
L’experiment T2K ha estat construït i operat per una col·laboració internacional composada, hui dia, per més de 400 físics de 59 institucions pertanyents a 11 països (Alemanya, Canadà, EUA, Espanya, França, Gran Bretanya, Itàlia, Japó, Polònia, Rússia i Suïssa). L’experiment està finançat principalment pel Ministeri de Cultura, Esports, Ciència i Tecnologia (NEXT) de Japó. Espanya contribueix amb dos grups de recerca: l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), a la Universitat Autònoma de Barcelona, i l’Institut de Física Corpuscular (IFIC) a la Universitat de València, que han participat en el disseny, construcció i operació de l’experiment durant més de 10 anys.
Tots dos grups han realitzat contribucions molt rellevants a l’estudi de l’oscil·lació del neutrí, fent mesures amb el detector de Tokai, el més proper a la font, que mesura les propietats inicials del feix de neutrins. Espanya ha finançat la recerca mitjançant el Ministeri d’Economia i Competitivitat, la Generalitat de Catalunya i amb el suport del Centre Nacional de Partícules, Astropartícules i Nuclear (CPAN).
Data d'actualització: 20 de de juliol de 2013 08:00.
Llista de notícies
