Die Lancaster-Physiker, die in Japan am großen internationalen T2K-Experiment arbeiten, kommen dem Rätsel auf die Spur, warum es im Universum so viel Materie und so wenig Antimaterie gibt.
Der Urknall hätte im frühen Universum gleich viel Materie und Antimaterie erzeugen sollen, aber stattdessen besteht das Universum aus Materie. Eine der größten Herausforderungen in der Physik ist es, herauszufinden, was mit der Antimaterie passiert ist oder warum wir eine Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie sehen.
Forscher von Tokai to Kamioka (T2K) haben in der Zeitschrift Nature enthüllt, dass fast die Hälfte der möglichen Parameterwerte, die die Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie im Universum bestimmen, ausgeschlossen wurden.
Dr. Laura Kormos, Senior Lecturer in Physik an der Universität Lancaster, Leiterin der Neutrino-Physikgruppe von Lancaster und Forscherin am T2K, sagte: “Unsere Daten deuten weiterhin darauf hin, dass die Natur fast den maximalen Wert der Asymmetrie für diesen Prozess bevorzugt. Es wäre genau wie Mutter Natur, wenn diese scheinbar unbedeutenden, schwer zu untersuchenden, winzigen Teilchen der Antrieb für die Existenz des Universums wären.
Das T2K-Experiment untersucht Neutrinos, eines der fundamentalen Teilchen, aus denen das Universum besteht, und eines der am wenigsten gut verstandenen. Dennoch durchqueren jede zweite Billionen Neutrinos von der Sonne Ihren Körper. Diese winzigen Teilchen, die reichlich in der Sonne und anderen Sternen erzeugt werden, gibt es in drei Varianten oder Geschmacksrichtungen und können sich spontan von einem zum anderen verändern oder oszillieren.
Jedem Neutrinogeschmack ist ein Antineutrino zugeordnet. Wenn die Geschmacksveränderungen oder Oszillationen bei Neutrinos und Antineutrinos unterschiedlich sind, könnte dies dazu beitragen, die beobachtete Dominanz der Materie über die Antimaterie in unserem Universum zu erklären, eine Frage, die die Wissenschaftler seit einem Jahrhundert verwirrt.
Für die meisten Phänomene liefern die Gesetze der Physik eine symmetrische Beschreibung des Verhaltens von Materie und Antimaterie. Diese Symmetrie muss jedoch bald nach dem Urknall gebrochen worden sein, um die Beobachtung des Universums, das aus Materie mit wenig Antimaterie besteht, zu erklären.
Eine notwendige Bedingung ist die Verletzung der so genannten Ladungsparitäts-(CP-)Symmetrie. Bis jetzt wurde noch nicht genügend Verletzung der CP-Symmetrie beobachtet, um die Existenz unseres Universums zu erklären.
T2K sucht nach einer neuen Quelle der CP-Symmetrieverletzung bei Neutrinooszillationen, die sich als Unterschied in der gemessenen Oszillationswahrscheinlichkeit für Neutrinos und Antineutrinos manifestieren würde.
Der Parameter, der den Materie/Antimaterie-Symmetriebruch in der Neutrinooszillation bestimmt, die so genannte δcp Phase, kann einen Wert von -180º bis 180º annehmen. Zum ersten Mal hat T2K fast die Hälfte der möglichen Werte auf dem Konfidenzniveau von 99,7% (3σ) missbilligt und beginnt, eine grundlegende Eigenschaft von Neutrinos zu offenbaren, die bisher nicht gemessen wurde.
Dr. Helen O’Keeffe, Senior Lecturer in Physik an der Universität Lancaster und Forscherin am T2K, sagte: “Dieses Ergebnis wird dazu beitragen, zukünftige Phasen des T2K und die Entwicklung von Experimenten der nächsten Generation zu gestalten. Es ist ein sehr aufregendes Ergebnis jahrelanger Arbeit”, so O’Keeffe.
Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu wissen, ob sich Neutrinos und Antineutrinos unterschiedlich verhalten oder nicht.