Evidence mounts that neutrinos are the key to the universe's existence
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| The T2K near detector. Source: Imperial College London |
New experimental results show a difference in the way neutrinos and antineutrinos behave, which could explain why matter persists over antimatter.
The results, from the T2K experiment in Japan, show that the degree to which neutrinos change their type differs from their antineutrino counterparts. This is important because if all types of matter and antimatter behave the same way, they should have obliterated each other shortly after the Big Bang.
So far, when scientists have looked at matter-antimatter pairs of particles, no differences have been large enough to explain why the universe is made up of matter – and exists – rather than being annihilated by antimatter.
Neutrinos and antineutrinos are one of the last matter-antimatter pairs to be investigated since they are difficult to produce and measure, but their strange behaviour hints that they could be the key to the mystery.
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| A cross-section of the Super-Kamiokande detector. Credit: T2K experiment |
Neutrinos (and antineutrinos) come in three ‘flavours’ of tau, muon and electron, each of which can spontaneously change into the other as the neutrinos travel over long distances.
The latest results, announced on the 6 of August by a team of researchers including physicists from Imperial College London, show more muon neutrinos changing into electron neutrinos than muon antineutrinos changing into electron antineutrinos.
This difference in muon-to-electron changing behaviour between neutrinos and antineutrinos means they would have different properties, which could have prevented them from destroying each other and allow the universe to exist.
To explore the (anti)neutrino flavour changes, known as oscillations, the T2K experiment fires a beam of (anti)neutrinos from the J-PARC laboratory at Tokai Village on the eastern coast of Japan.
It then detects them at the Super-Kamiokande detector, 295 km away in the mountains of the north-western part of the country. Here, the scientists look to see if the (anti)neutrinos at the end of the beam matched those emitted at the start.
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| Passage of the muon neutrino beam from J-PARC to Super-Kamiokande Detector. Credit: T2K experiment |
very intriguing
The latest results were concluded from relatively few data points, meaning there is still a one in 20 chance that the results are due to random chance, rather than a true difference in behaviour. However, the result is still exciting for the scientists involved.
Dr Morgan Wascko, international co-spokesperson for the T2K experiment from the Department of Physics at Imperial said: “This is an important first step towards potentially solving one of the biggest mysteries in science.
“T2K is the first experiment that is able to study neutrino and antineutrino oscillation under the same conditions, and the disparity we have observed is, while not yet statistically significant, very intriguing.”
Dr Yoshi Uchida, also from the Department of Physics at Imperial and a principal investigator at T2K, added: “More data is needed to prove conclusively that neutrinos and antineutrinos behave differently, but this result is an indication that neutrinos will continue to provide breakthroughs in our understanding of the universe.
Upgrades to the equipment that produces (anti)neutrinos, as well as to the detector that measures them, are expected to add more data within the next decade, and determine whether the difference is in fact real.
Sources: Imperial College London, Wikipedia
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Crece la evidencia de que los neutrinos son la llave de la existencia del Universo
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| Schematic Event Display of the Super-Kamiokande Detector. Credit: T2K experiment |
Recientes resultados de nuevas experimentaciones muestran una nueva forma en que los neutrinos se comportan, lo que podía explicar porque la materia se impone a la antimateria.
Los resultados del experimento T2K en Japón, muestran que el grado en que los neutrinos cambian su tipo difiere de sus contrapartes antineutrinos. Esto es importante porque si todos los tipos de materia y antimateria se comportasen de la misma forma, se debería haber aniquilado las unas a las otras poco después del Big Bang.
De momento, cuando los científicos han mirado las parejas de materia-antimateria, no ha habido una diferencia lo suficientemente grande para explicar por qué el Universo se compone de materia – y existe – en vez de haber sido aniquilado pro la antimateria.
Neutrinos y antineutrinos han sido una de las parejas de materia-antimateria que se investigan ya que estas son difíciles de producir y cuantificar, pero su extraño comportamiento apunta a que puede ser la clave para resolver el misterio.
Cambio de sabor
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| Inside the Super-Kamiokande Detector. Credit: T2K experiment |
Neutrinos (y antineutrinos) se dan en tres “sabores” of tau, moe y electrón, cada uno de estos puede espontáneamente cambiar en uno de los otros mientras los neutrinos viajan largas distancias.
Los últimos resultados, que han sido anunciados el 6 de agosto por un equipo de investigadores que incluye a físicos del Imperial College London, muestran que más moe neutrinos cambian a electrones neutrinos que moe antineutrinos a electrones antineutrinos.
Esta diferencia en el comportamiento de cambio en moe-electrones entre neutrinos y antineutrinos quiere decir que tendrían propiedades distintas, lo cual podría haber hecho que estos evitaran que se autodestruyesen y permitir la existencia del Universo.
Para explorar los cambios de sabor (anti)neutrino, conocidos como oscilaciones, el experimento T2K dispara un rayo de (anti)neutrinos desde el laboratorio J-PARC en la Villa de Tokai de la costa Este de Japón.
Luego los detecta en el detector Super-Kamiokande, a 295 km de distancia en las montañas de la parte Noroeste del país. Aquí los científicos miran y comprueban si los (anti)neutrinos al final del rayo concuerdan con los emitidos al principio.
Muy intrigante
Los últimos resultados fueron deducidos con relativamente pocos puntos de datos, lo que quiere decir que aún hay una posibilidad en 20 de que el resultado sea debido a la casualidad, más que a un comportamiento diferente. Sin embargo, los resultados son excitantes para los investigadores involucrados.
El Dr. Morgan Wascko, co-portavoz para el experimento T2K del departamento de física en el Imperial College dijo: “esto es un primer paso importante hacia potencialmente resolver uno de los mayores misterios de la ciencia.”
“El T2K es el primer experimento que puede estudiar la oscilación neutrino y antineutrino bajo unas mismas condiciones, y se ha observado una disparidad, y mientas que estadísticamente no es significante, es muy intrigante.”
El Dr. Yoshi Uchida, también del Departamento de Física del Imperial College y un investigador principal del T2K, añadió: “Más datos son necesarios para demostrar de forma concluyente que los neutrinos y los antineutrinos se comportan de forma diferente, pero este resultado es una indicación de que los neutrinos continúan aportando avances en nuestro entendimiento del Universo.”
Se esperan mejoras al equipo que produce (anti)neutrinos, además también en el detector que las mide, con lo que es de esperar que se aporte más datos en la próxima década, y poder determinarse si la diferencia es un hecho real.
Fuentes: Imperial College London, Wikipedia
