De nouveaux résultats montrent une différence dans le comportement des neutrinos et des antineutrinos, ce qui pourrait aider à expliquer pourquoi il y a tant de matière dans l'univers.

Les résultats, annoncé aujourd'hui par l'équipe internationale de scientifiques comprenant un grand groupe de l'Imperial College de Londres, suggèrent qu'il pourrait y avoir une différence entre le comportement de la matière et de l'antimatière.

La collaboration de scientifiques T2K étudie les propriétés des neutrinos et de leurs homologues antimatière, antineutrinos. Les neutrinos sont des particules fondamentales qui composent notre univers et sont parmi les moins comprises. Pourtant, chaque seconde, environ 50 000 milliards de neutrinos du Soleil traversent votre corps.

Il est important de comprendre si les neutrinos et les antineutrinos se comportent différemment, car si tous les types de matière et d'antimatière se comportent de la même manière, ils auraient dû s'effacer complètement peu de temps après le Big Bang. Si tel était le cas, notre univers n'existerait pas.

Les neutrinos et les antineutrinos peuvent tous deux changer entre trois « saveurs » au cours de leur voyage, nommé électron, neutrinos du muon et du tau. Les changements entre les trois saveurs sont appelés oscillations.

Pour explorer ces oscillations, l'expérience T2K tire un faisceau de neutrinos ou d'antineutrinos depuis le laboratoire J-PARC sur la côte est du Japon. Lorsque le faisceau atteint le détecteur Super-Kamiokande, A 295 km dans l'ouest du Japon, les scientifiques recherchent alors une différence dans les oscillations des neutrinos et des antineutrinos.

Les derniers résultats expérimentaux ont porté sur les oscillations qui ont entraîné l'apparition de neutrinos et d'antineutrinos électroniques. Le taux d'apparition des neutrinos électroniques était plus élevé que prévu par rapport aux apparitions des antineutrinos électroniques.

Tester une nouvelle physique fondamentale

Dr Morgan Wascko, co-porte-parole international de l'expérience T2K du département de physique de l'Imperial College de Londres, a déclaré :« Le résultat T2K actuel montre un indice fascinant qu'il existe une asymétrie entre le comportement des neutrinos et des antineutrinos ; en d'autres termes, une asymétrie entre le comportement de la matière et de l'antimatière. Nous devons maintenant collecter plus de données pour améliorer la signification de nos observations asymétrie."

La collaboration T2K est une équipe internationale d'environ 500 physiciens de 63 instituts dans 11 pays dont le Royaume-Uni, Japon, les Etats Unis, Canada, La France, et la Suisse. Une grande équipe du Département de physique de l'Impériale, dirigé par le Dr Yoshi Uchida et le Dr Wascko, a participé à la production du dernier résultat, y compris les étudiants et les post-doctorants.

Dr Patrick Dunne, l'un des principaux analyseurs du résultat, a déclaré:"Le rôle que moi et plusieurs autres à l'Impériale jouent est de faire l'analyse statistique pour rassembler tout ce travail dans un résultat final. Nous passons des mois à vérifier que nous avons pris en compte tout sur notre détecteur et notre modèle de la façon dont les neutrinos interagissent .

"Après que tout soit terminé, l'un des grands privilèges d'être l'une des personnes qui effectuent cette dernière étape est de connaître le résultat un peu plus tôt que tout le monde, ce qui est vraiment excitant.

"J'espère que ces indications nous disent que la configuration actuelle, et les expériences que nous prévoyons de suivre, sera en mesure d'effectuer des mesures précises de ces différences matière-antimatière. La compatibilité avec ces mesures sera un test très important pour que les nouvelles théories fondamentales de la physique réussissent."

De super à hyper

Bien que ce travail soit prometteur, il y a encore des incertitudes systématiques, l'équipe de T2K est donc en train de concevoir une mise à niveau du détecteur pour améliorer ses sensibilités.

Dr Phillip Litchfield, qui a dirigé l'examen de l'analyse par l'Impériale, a déclaré : « La future expérience dans laquelle l'Impériale est le plus impliquée est Hyper-Kamiokande, la mise à niveau vers le détecteur Super-Kamiokande.

"Cela permettra d'obtenir des résultats beaucoup plus précis (et donc aussi plus définitifs) simplement parce qu'il est plus gros et qu'il observe des centaines de fois plus de neutrinos que ce que nous avons collecté à ce jour. À cet égard, c'est plutôt comme obtenir une meilleure image de la nature en ayant un meilleur appareil photo.

"Mais une autre possibilité dans laquelle nous sommes activement impliqués est de placer un deuxième module de détection beaucoup plus loin sur la même ligne de lumière, en Corée du Sud plutôt qu'au Japon. Cela nous permet en effet d'observer les mêmes phénomènes sous un angle différent."

Bien que l'équipe doive peut-être attendre des mises à niveau et de nouvelles expériences pour confirmer leur résultat, Le Dr Litchfield note que la science avance beaucoup plus rapidement que prévu. Il a déclaré :« C'est très excitant que nous soyons capables de produire ces résultats si rapidement.

"T2K a eu en quelque sorte de la chance lorsque nous avons découvert l'apparition des neutrinos électroniques en 2013, l'effet observé était beaucoup plus important que prévu lorsque nous avons conçu l'expérience. Si vous m'aviez demandé en 2010 quand nous verrions le résultat actuel, J'aurais deviné au milieu des années 2020.

"La vitesse incroyable à laquelle nous trouvons ces résultats est un défi en soi - nous devons examiner tous nos modèles et techniques d'analyse et nous assurer qu'ils sont suffisamment détaillés et suffisamment robustes pour rendre cette mesure plus compliquée, pas le plus simple sur lequel nous imaginions que nous pourrions encore travailler en 2017. "