Model Piawai fizik zarah telah menjadi kaedah utama untuk menjelaskan apa asas asas jirim dan bagaimana mereka berinteraksi selama beberapa dekad. Pertama kali dicadangkan pada tahun 1970-an, model tersebut mendakwa bahawa untuk setiap zarah yang dibuat, terdapat anti-zarah. Oleh itu, misteri abadi yang ditimbulkan oleh model ini adalah mengapa Alam Semesta dapat wujud jika secara teorinya terdiri dari bahagian-bahagian jirim dan antimateri yang sama.
Kelainan ini, yang dikenali sebagai pelanggaran caj-pariti (CP), telah menjadi subjek eksperimen selama bertahun-tahun. Tetapi setakat ini, tidak ada demonstrasi pasti dibuat untuk pelanggaran ini, atau seberapa banyak perkara yang dapat wujud di Alam Semesta tanpa rakan sejawatnya. Tetapi berkat penemuan baru yang dikeluarkan oleh kerjasama Tokai-to-Kamioka (T2K) antarabangsa, kami mungkin selangkah lebih dekat untuk memahami mengapa perbezaan ini wujud.
Pertama kali diperhatikan pada tahun 1964, pelanggaran CP mencadangkan bahawa dalam keadaan tertentu, undang-undang simetri caj dan simetri pariti (aka. CP-simetri) tidak berlaku. Undang-undang ini menyatakan bahawa fizik yang mengatur zarah harus sama jika diganti dengan antipartikelnya, sementara koordinat spatialnya akan terbalik. Dari pemerhatian ini, salah satu misteri kosmologi terbesar muncul.
Sekiranya undang-undang yang mengatur jirim dan antimateri sama, mengapa Alam Semesta dikuasai oleh jirim? Sebagai alternatif, jika bahan dan antimateri pada dasarnya berbeza, bagaimana ini sesuai dengan konsep simetri kita? Menjawab persoalan ini tidak hanya penting sejauh teori kosmologi utama kita, tetapi juga penting untuk memahami bagaimana interaksi lemah yang mengatur zarah berfungsi.
Ditubuhkan pada bulan Jun 2011, kolaborasi T2K antarabangsa adalah percubaan pertama di dunia yang didedikasikan untuk menjawab misteri ini dengan mengkaji osilasi neutrino dan anti-neutrino. Eksperimen ini dimulakan dengan pancaran intensiti tinggi neutron muon (atau anti-neutrino muon) yang dihasilkan di Kompleks Penyelidikan Pemecut Proton Jepun (J-PARC), yang kemudian ditembakkan ke arah pengesan Super-Kamiokande sejauh 295 km.
Alat pengesan ini pada masa ini adalah salah satu yang terbesar dan paling canggih di dunia, khusus untuk pengesanan dan kajian mengenai neutrino suria dan atmosfera. Ketika neutrino bergerak di antara dua kemudahan tersebut, mereka mengubah "rasa" - mulai dari neutron muon atau anti-neutrino menjadi neutrino elektron atau anti-neutrino. Dalam memantau sinar neutrino dan anti-neutrino ini, eksperimen ini menyaksikan kadar ayunan yang berbeza.
Perbezaan osilasi ini akan menunjukkan bahawa terdapat ketidakseimbangan antara zarah dan antipartikel, dan dengan demikian memberikan bukti pasti pertama pelanggaran CP untuk pertama kalinya. Ini juga menunjukkan bahawa ada fizik di luar Model Piawai yang belum dapat disiasat oleh para saintis. Pada bulan April yang lalu, kumpulan data pertama yang dihasilkan oleh T2K dikeluarkan, yang memberikan beberapa hasil yang memberangsangkan.
Seperti kata Mark Hartz, kolaborator T2K dan Penolong Profesor Projek Kavli IPMU, dalam siaran akhbar baru-baru ini:
"Walaupun set data masih terlalu kecil untuk membuat pernyataan konklusif, kami melihat preferensi lemah untuk pelanggaran CP yang besar dan kami sangat gembira untuk terus mengumpulkan data dan melakukan pencarian yang lebih sensitif untuk pelanggaran CP."
Hasil ini, yang baru-baru ini diterbitkan di Surat Kajian Fizikal, merangkumi semua data yang dijalankan dari antara Januari 2010 hingga Mei 2016. Secara keseluruhan, data ini merangkumi 7.482 x 1020 proton (dalam mod neutrino), yang menghasilkan 32 elektron neutrino dan 135 muon neutrino peristiwa, dan 7,471 × 1020 proton (dalam mod antineutrino), yang menghasilkan 4 peristiwa elektron anti-neutrino dan 66 muon neutrino.
Dengan kata lain, kumpulan data pertama telah memberikan beberapa bukti pelanggaran CP, dan dengan selang keyakinan 90%. Tetapi ini baru permulaan, dan eksperimen ini dijangka berjalan selama sepuluh tahun lagi sebelum selesai. "Sekiranya kita bernasib baik dan kesan pelanggaran CP besar, kita mungkin mengharapkan 3 bukti sigma, atau sekitar tahap keyakinan 99.7%, untuk pelanggaran CP menjelang 2026," kata Hartz.
Sekiranya percubaan terbukti berjaya, ahli fizik akhirnya dapat menjawab bagaimana alam semesta awal tidak memusnahkan dirinya sendiri. Mungkin juga membantu untuk mendedahkan aspek-aspek alam semesta yang ingin dilakukan oleh ahli fizik zarah! Di sini bahawa jawapan kepada rahsia terdalam Alam Semesta, seperti bagaimana semua kekuatan asasnya bersatu, mungkin dijumpai.
