La collaboration T2K a publié de nouveaux résultats montrant la contrainte la plus forte à ce jour sur le paramètre qui régit la rupture de la symétrie entre matière et antimatière dans les oscillations des neutrinos. En utilisant des faisceaux de neutrinos muoniques et d'antineutrinos muoniques, T2K a étudié comment ces particules et antiparticules se transforment en neutrinos électroniques et en antineutrinos électroniques, respectivement. Le paramètre régissant la brisure de la symétrie matière/antimatière dans l'oscillation des neutrinos, appelé cp phase, peut prendre une valeur de -180º à 180º. Pour la première fois, T2K a défavorisé près de la moitié des valeurs possibles au niveau de confiance de 99,7% (3σ), et commence à révéler une propriété fondamentale des neutrinos qui n'a pas été mesurée jusqu'à présent. Il s'agit d'une étape importante pour savoir si les neutrinos et les antineutrinos se comportent ou non différemment. Ces résultats, en utilisant les données recueillies jusqu'en 2018, ont été publiés dans la revue scientifique pluridisciplinaire, La nature le 16 avril.

Pour la plupart des phénomènes, les lois de la physique fournissent une description symétrique du comportement de la matière et de l'antimatière. Cependant, cette symétrie ne tient pas universellement. L'effet de l'asymétrie entre la matière et l'antimatière est le plus apparent dans l'observation de l'univers, qui est composé de matière avec peu d'antimatière. On considère que des quantités égales de matière et d'antimatière ont été créées au début de l'univers. Puis, pour que l'univers évolue vers un état où la matière domine sur l'antimatière, une condition nécessaire est la violation de la symétrie dite Charge-Parité (CP). Jusqu'à maintenant, La violation de la symétrie CP n'a été observée que dans la physique des particules subatomiques appelées quarks, mais l'ampleur de la violation de symétrie CP n'est pas assez grande pour expliquer la dominance observée de la matière sur l'antimatière dans l'univers. T2K recherche maintenant une nouvelle source de violation de la symétrie CP dans les oscillations des neutrinos qui se manifesterait par une différence dans la probabilité d'oscillation mesurée pour les neutrinos et les antineutrinos.

L'expérience T2K utilise un faisceau composé principalement de neutrinos ou d'antineutrinos muons créés à l'aide du faisceau de protons du Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) situé dans le village de Tokai sur la côte est du Japon. Une petite fraction des neutrinos (ou antineutrinos) est détectée à 295 km au détecteur Super-Kamiokande, situé sous une montagne à Kamioka, près de la côte ouest du Japon. Alors que les neutrinos et les antineutrinos muoniques traversent la distance de Tokai à Kamioka (d'où le nom T2K), une fraction oscillera ou changera de saveur en neutrinos électroniques ou en antineutrinos électroniques respectivement. Les neutrinos et antineutrinos électroniques sont identifiés dans le détecteur Super-Kamiokande par les anneaux de lumière Cherenkov qu'ils produisent (illustrés ci-dessous). Alors que Super-Kamiokande ne peut pas identifier chaque événement comme une interaction neutrino ou antineutrino, T2K est capable d'étudier séparément les oscillations des neutrinos et des antineutrinos en faisant fonctionner le faisceau en mode neutrino ou en mode antineutrino.

T2K a publié un résultat analysant les données avec 1.49x10 ²¹ et 1.64x10 ²¹ protons de l'accélérateur respectivement pour le mode faisceau de neutrinos et le mode faisceau d'antineutrinos. Si le paramètre cp est égal à 0º ou 180º, les neutrinos et les antineutrinos changeront de type (du muon à l'électron) de la même manière au cours de l'oscillation. Le cp paramètre peut avoir une valeur qui renforce les oscillations des neutrinos ou des antineutrinos, rupture de la symétrie CP. Cependant, l'observation des neutrinos est déjà renforcée dans l'expérience T2K par le fait que les détecteurs et les composants de la ligne de faisceau sont constitués de matière et non d'antimatière. Pour séparer l'effet de δ cp à partir de la ligne de faisceau connue et des effets d'interaction, l'analyse T2K inclut des corrections basées sur les données des détecteurs proches magnétisés (ND280) placés à 280 m de la cible. T2K a observé 90 candidats neutrinos électroniques et 15 candidats antineutrinos électroniques. T2K s'attend à observer 82 événements neutrinos électroniques par rapport à 17 événements antineutrinos électroniques pour une amélioration maximale des neutrinos (δ cp =-90º) et 56 événements de neutrinos électroniques par rapport à 22 événements antineutrinos électroniques pour une amélioration maximale des antineutrinos (δ cp =+90º). Le nombre d'événements observés en fonction de l'énergie des neutrinos reconstruit est indiqué ci-dessous. Les données T2K sont les plus compatibles avec une valeur proche de δ cp =-90º qui améliore considérablement la probabilité d'oscillation des neutrinos dans l'expérience T2K. En utilisant ces données, T2K évalue les intervalles de confiance pour le paramètre δ cp . La région défavorisée au niveau de confiance 3σ (99,7%) est de 2º à 165º. Ce résultat représente la contrainte la plus forte sur δ cp à ce jour. Les valeurs de 0º et 180º sont défavorisées à un niveau de confiance de 95 %, ce qui était le cas dans la version précédente de T2K en 2017, indiquant que la symétrie CP peut être violée dans les oscillations de neutrinos.

Alors que ce résultat montre une forte préférence pour l'amélioration du taux de neutrinos en T2K, il n'est pas encore clair si la symétrie CP est violée ou non. Pour améliorer encore la sensibilité expérimentale à un effet potentiel de violation de la symétrie CP, la collaboration T2K mettra à niveau la suite de détecteurs proches pour réduire les incertitudes systématiques et accumuler plus de données, et J-PARC augmentera l'intensité du faisceau en améliorant l'accélérateur et la ligne de lumière.