Détecteur de neutrinos Super Kamiokande. (Observatoire de Kamioka/ICRR/Université de Tokyo) Nous sommes tous ici uniquement parce que la réalité est un reflet imparfait d'elle-même. Grâce à une faille dans la symétrie de la nature, beaucoup de matière était disponible pour s'agglutiner dans les milliards de galaxies que nous voyons maintenant dans l'Univers.
Près d'une décennie de données produites par le Tokai à Kamioka (T2K) Une expérience de physique des particules au Japon a fourni la preuve la plus solide à ce jour d'un déséquilibre qui pourrait aider à expliquer pourquoi la matière n'a pas disparu quelques instants après sa création.
L'étude a recherché des différences significatives dans la façon dont les particules presque sans masse appelées neutrinos changer de forme, par rapport à leur particule « miroir », l'antineutrino.
Ironiquement, les neutrinos sont si minuscules qu'ils existent à peine, passant devant la plupart des autres particules sans s'arrêter. Mais ce qu'ils manquent de punch, ils le compensent en nombre, étant un milliard de fois plus courant que les particules qui s'assemblent pour former des atomes.
En fait, c'est l'abondance des neutrinos, mélangée à leur comportement étrange de propriétés de commutation - décrit comme changeant les saveurs – qui attire les physiciens en quête d'explicationspour tout de la matière noireà undéséquilibre apparentdans les types de particules que nous voyons autour de nous.
À l'époque où l'Univers était encore un gâchis chaud emballé dans un espace minuscule (mais en expansion), la condensation de l'énergie en particules aurait dû aboutir à une arche de Noé de paires de particules aux propriétés opposées.
Cela signifie que des électrons chargés négativement ont émergé aux côtés de charges positives antimatière jumeaux appelés positrons. Étant donné que la matière combinée à l'antimatière s'annule dans une bouffée de rayonnement, l'espace ne devrait être rempli de rien de plus substantiel que des ondes de lumière.
Évidemment, ce n'est pas le cas. Du moins, pas entièrement. Assez de particules de matière se sont collées pour éventuellement créer des choses comme des étoiles, des comètes, des wombats et des trombones.
'Des quantités égales de matière et d'antimatière ont été créées dans l'Univers primitif, donc une question importante en cosmologie est de savoir comment nous sommes arrivés à l'Univers que nous voyons aujourd'hui, qui est dominé par la matière', a déclaré Lindsey Bignell, physicienne expérimentale des particules de l'ANU en Australie, à Energyeffic. .
Bignell ne faisait pas partie de l'étude, mais connaît une chose ou deux sur le rôle des neutrinos dans l'explication potentielle de cet étrange déséquilibre.
'Nous n'avons pas encore une image complète de la façon dont cela s'est produit, mais nous savons que la violation du CP est un ingrédient nécessaire', déclare Bignell.
CP signifie échange de charge et parité, se référant aux changements de particules qui se produisent en opposition. Par exemple, les charges positives deviennent négatives lorsque les particules deviennent des antiparticules. Quant à la parité, c'est un changement de coordonnées, un peu comme votre main gauche est un miroir pour votre droite.
Inverser les charges et les parités dans un système ne devrait pas changer le fonctionnement de la physique, nous dirions donc qu'il obéit Symétrie CP . Si nous trouvions une différence, nous dirions que la symétrie CP a été violée.
Si cette rupture de symétrie était suffisamment grande pour les bonnes particules au début de l'Univers, cela pourrait avoir un effet d'entraînement qui pourrait nous laisser avec des particules. Il n'est pas nécessaire que ce soit beaucoup non plus – il ne reste que quelques particules pour 10 milliards de photons produits.
Une telle violation avait déjà été constatée plus tôt en 1964 , lorsque deux physiciens américains l'ont indirectement repéré parmi les statistiques d'un type rare de désintégration dans des faisceaux de quarks appelés kaons.
Bien qu'il s'agisse d'une découverte historique, l'ampleur de cette forme particulière de violation s'est avérée loin d'être suffisamment importante pour expliquer le déséquilibre de la matière que nous constatons aujourd'hui.
Depuis lors, un certain nombre de physiciens ont placé leurs espoirs d'une violation significative de la symétrie CP sur d'autres classes de particules - comme celle contenant des électrons et des neutrinos.
«Une façon de déduire l'existence de violations de CP dans ce système consiste à mesurer les schémas d'oscillation des neutrinos et des antineutrinos», déclare Bignell.
'Si le CP est violé, ils différeront. C'est ce qu'a fait la collaboration T2K.
Les chercheurs du détecteur Super Kamiokande ont mesuré ces oscillations dans les neutrinos après que les particules aient voyagé depuis le complexe de recherche japonais de l'accélérateur de protons à près de 300 kilomètres (environ 180 miles).
Neuf années de résultats ont ensuite été comparées à des modèles décrivant comment les particules devraient changer sur cette distance.
La masse de données dans cette étude signifie que nous pouvons être plus certains que jamais qu'une rupture dans cette symétrie très importante est ce qui se cache derrière le modèle observé dans l'oscillation neutrino les saveurs.
«Ce document de la collaboration T2K représente une prouesse technique extraordinaire et apporte une contribution importante à cette question», déclare Bignell.
Nous sommes encore loin d'avoir une réponse définitive à la question de savoir pourquoi la matière existe telle quelle, et nous devrons attendre de futures expériences pour déterminer si cette violation particulière aidera à l'expliquer. Sinon, nous devrons peut-être attendre une physique complètement nouvelle.
Cette recherche a été publiée dans La nature .