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Où est passé tout l’antimatière? Les scientifiques sont plus près de découvrir

Physiciens des particules avoir a publié les résultats d’une recherche de dix ans, nous rapprochant d’une étape cruciale vers comprendre où est passée toute l’antimatière de l’univers.

La matière de l’univers peut être divisée en deux classes – matière et antimatière – où chaque particule de matière a un partenaire antimatière ayant la même masse et la charge électrique opposée. Mais étant donné la similitude entre les deux, les physiciens ne comprennent toujours pas pourquoi l’univers est dominé par la matière. Les expériences sont travailler pour trouver des endroits où la matière et l’antimatière se comportent différemment, dans le cadre d’une quête permanente pour comprendre ce mystère. Un projet appelé collaboration T2K au Japon vient de paraître leur résultats. Leur papier ne fait past confirmer si les neutrinos diffèrent des antineutrinos, mais il nous donne quelques indices importants.

« Ce document représente une étape très importante », Ed Blucher, co-porte-parole du neutrino DUNE expérience de l’Université de Chicago qui n’était pas impliquée dans ce travail, a déclaré Gizmodo. «Cela montre que l’expérience a présenté suffisamment de données pour commencer à créer des contraintes importantes sur ce paramètre. Mais c’est une première étape importante sur ce qui est probablement un long chemin pour établir définitivement si la symétrie CP est violée ou non.  » Par symétrie CP, il veut dire si les neutrinos se comportent ou non différemment des antineutrinos.

Si la matière et l’antimatière étaient exactement les mêmes et suivaient les lois de la physique exactement de la même manière, alors il n’y aurait que des photons dans l’univers, car la matière et l’antimatière s’anéantissent au contact. Il y a des décennies, le physicien Andrei Sakharov a proposé trois conditions qu’un processus doit remplir pour expliquer l’excès de matière par rapport à l’antimatière, ou, tout simplement, pourquoi les choses existent (plus ces conditions plus tard). La violation de la symétrie CP, ou des processus physiques qui diffèrent entre une particule et la même image miroir de la particule (c’est le P, pour la parité) avec la charge opposée (c’est le C, pour la charge), est peut-être la condition la plus facile à rechercher. Fondamentalement, les processus violant le CP sont ceux qui fonctionnent différemment entre les particules et leurs antiparticules.

Les scientifiques ont découvert une violation de CP dans la classe des particules subatomiques appelées quarks qui composent protons et neutrons, mais ce n’est pas encore suffisant pour expliquer pourquoi il y a tellement plus de matière dans l’univers. Donc, ils recherchent également la violation du CP dans les leptons – la classe de particules qui comprend les électrons et les neutrinos. Aujourd’hui, la collaboration T2K Le Japon publie les résultats des données recueillies depuis 2010, à la recherche de preuves d’un processus de violation du CP dans les neutrinos, la particule de matière difficile à détecter mais la plus abondante dans l’univers. L’expérience ne confirme ni ne nie si les neutrinos subissent un processus de violation du CP, mais donne aux scientifiques l’espoir qu’une réponse arrive bientôt et démontre que neutrinos probablement faire violer la symétrie CP.

T2K se compose d’un accélérateur de particules sur la côte est du Japon, au nord de Tokyo, qui crée un faisceau de neutrinos en entrant en collision avec des protons avec une cible. Ceci alors crée un faisceau d’autres particules qui se désintègrent en une saveur du neutrino appelée neutrino muon. Ce faisceau passe dans un détecteur qui les mesures les neutrinos, se déplace ensuite à travers la Terre et à près de 300 kilomètres (186 miles) dans un détecteur appelé Super-Kamiokande, un réservoir contenant 50 000 tonnes d’eau et des tubes sensibles pour détecter les interactions eau-neutrinos. Ici, l’équipe mesure combien de neutrinos ont changé leur saveur en neutrinos électroniques grâce à un processus appelé oscillation des neutrinos. Ensuite, l’équipe T2K commute le champ magnétique de l’accélérateur, créant des antineutrinos muons au lieu de neutrinos muons, leur permettant de chasser des antineutrinos électroniques au lieu d’électrons neutrinos. Enfin, ils comparent les résultats des deux mesures.

La physique et l’analyse complexes requises signifie que le résultat de cette expérience n’est pas une réponse simple. Au lieu de cela, le résultat est une mesure d’angle, appelée phase CP. Si la phase CP mesure zéro, 180 ou -180, alors le neutrino ne ne pas violer la symétrie CP (c’est-à-dire, les choses sont les mêmes entre le neutrino et til antineutrino). Si l’angle mesure autre chose, il Est-ce que violer la symétrie CP –la lois de la physique diffèrent entre les neutrinos et leurs antiparticules. Cette nouvelle étude défavorise fortement un large éventail d’angles, y compris zéro, mais n’exclut pas 180. Il semble également impliquer que le meilleur angle pour expliquer les données se situe autour de -90, la quantité maximale de symétrie CP violation, selon l’article publié aujourd’hui dans Nature. Tout cela tend à conclure que les neutrinos et les antineutrinos diffèrent de manière très importante, mais encore une fois, il ne suffit pas de savoir avec certitude.

« Ce résultat, pour la première fois, impose une forte contrainte sur la phase CP des leptons en mesurant les oscillations des neutrinos, c’est-à-dire en mesurant les oscillations des neutrinos muons en neutrinos électroniques et des oscillations muqueuses antineutrino en électron antineutrino », a déclaré le porte-parole de T2K, Atsuko Ichikawa. Gizmodo.

Til privilégie les statistiques un scénario où les neutrinos violent la symétrie CP, mais les données expérimentales ne sont pas encore concluantes. Les choses se rapprochent. Peut-être plus important encore, cela montre que les expériences à venir comme le LBNF / DUNE et le successeur de Super-Kamiokande, Hyper-Kamiokande, pourront donner une réponse plus solide dans la prochaine décennie. Ces expériences produiront des faisceaux de neutrinos plus puissants et seront couplées à des détecteurs plus sensibles, permettant aux scientifiques de prendre des données et de produire des résultats beaucoup plus rapidement, a déclaré Federico Sánchez, co-porte-parole international de T2K, à Gizmodo. Grâce à ces projets, les chercheurs pourront recueillir en un an seulement la même quantité de données que T2K collecterait dans 20 ans. Comme c’est toujours le cas en physique, plus de données rapprocheront les scientifiques du seuil statistique rigoureux requis pour déclarer une découverte. Les scientifiques devront également mieux modéliser la théorie physique de la façon dont les neutrinos interagissent avec la matière et avec leur détecteur, a déclaré Sánchez.

Mais même si nles eutrinos violent le CP, ce ne sera pas la fin de l’histoire – ce n’est qu’une des trois conditions de Sakharov pour expliquer le mystère de l’asymétrie matière-antimatière Je l’ai déjà mentionné. Les scientifiques doivent trouver d’autres processus encore à découvrir, comme la violation du nombre de leptons ou de baryons – essentiellement, des processus où les nombres centraux décrivant les neutrinos et les protons changent de manière encore à observer, comme les protons en décomposition ou les neutrinos s’anéantir. Et même alors, les théoriciens doivent trouver le bon modèle dans lequel ces écarts conduisent réellement aux différences entre la matière et l’antimatière observées dans notre univers. Observer la violation de CP dans les leptons ainsi que la violation du nombre de leptons fournirait des preuves indirectes que les leptons étaient le coupable de l’asymétrie matière-antimatière de l’univers, a déclaré à Gizmodo le professeur de physique Silvia Pascoli de l’Université de Durham au Royaume-Uni.

Et donc, la recherche continue et se poursuivra probablement dans les décennies à venir. « Vous devez voir ce résultat comme une petite pierre vers la construction d’un immense bâtiment », a déclaré Sánchez à Gizmodo. « Cela va dans la bonne direction, mais cela ne dévoile pas le mystère. »

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