Model Standar fisika partikel telah menjadi sarana utama untuk menjelaskan apa bahan-bahan dasar bangunan dan bagaimana mereka berinteraksi selama beberapa dekade. Pertama kali diusulkan pada tahun 1970-an, model mengklaim bahwa untuk setiap partikel yang dibuat, ada anti-partikel. Dengan demikian, sebuah misteri abadi yang ditimbulkan oleh model ini adalah mengapa Semesta dapat eksis jika secara teoritis terdiri dari bagian materi dan antimateri yang setara.
Perbedaan yang tampak ini, yang dikenal sebagai pelanggaran charge-parity (CP), telah menjadi bahan percobaan selama bertahun-tahun. Namun sejauh ini, tidak ada demonstrasi definitif yang dibuat untuk pelanggaran ini, atau seberapa banyak materi dapat ada di Semesta tanpa padanannya. Namun berkat temuan baru yang dirilis oleh kolaborasi internasional Tokai-ke-Kamioka (T2K), kita mungkin selangkah lebih dekat untuk memahami mengapa perbedaan ini ada.
Pertama kali diamati pada tahun 1964, pelanggaran CP mengusulkan bahwa dalam kondisi tertentu, hukum charge-simetri dan paritas-simetri (alias. CP-simetri) tidak berlaku. Hukum-hukum ini menyatakan bahwa fisika yang mengatur partikel harus sama jika dipertukarkan dengan antipartikelnya, sedangkan koordinat spasialnya akan terbalik. Dari pengamatan ini, salah satu misteri kosmologis terbesar muncul.
Jika hukum yang mengatur materi dan antimateri sama, lalu mengapa alam semesta begitu didominasi materi? Bergantian, jika materi dan antimateri secara fundamental berbeda, lalu bagaimana hal ini sesuai dengan pengertian kita tentang simetri? Menjawab pertanyaan-pertanyaan ini tidak hanya penting sejauh teori kosmologis dominan kita pergi, mereka juga intrinsik untuk memahami bagaimana interaksi lemah yang mengatur partikel bekerja.
Didirikan pada Juni 2011, kolaborasi T2K internasional adalah percobaan pertama di dunia yang didedikasikan untuk menjawab misteri ini dengan mempelajari osilasi neutrino dan anti-neutrino. Percobaan dimulai dengan balok intensitas tinggi muon neutrino (atau muon anti-neutrino) yang dihasilkan di Kompleks Penelitian Akselerator Proton Jepang (J-PARC), yang kemudian ditembakkan ke detektor Super-Kamiokande yang berjarak 295 km.
Detektor ini saat ini adalah salah satu yang terbesar dan tercanggih di dunia, didedikasikan untuk deteksi dan studi neutrino surya dan atmosfer. Ketika neutrino berjalan di antara dua fasilitas, mereka mengubah "rasa" - pergi dari muon neutrino atau anti-neutrino ke neutrino elektron atau anti-neutrino. Dalam memantau sinar neutrino dan anti-neutrino ini, percobaan mengamati laju osilasi yang berbeda.
Perbedaan osilasi ini akan menunjukkan bahwa ada ketidakseimbangan antara partikel dan anti partikel, dan dengan demikian memberikan bukti definitif pertama tentang pelanggaran CP untuk pertama kalinya. Ini juga akan menunjukkan bahwa ada fisika di luar Model Standar yang belum diselidiki para ilmuwan. April lalu, set data pertama yang diproduksi oleh T2K dirilis, yang memberikan beberapa hasil yang jitu.
Seperti yang dikatakan Mark Hartz, kolaborator T2K dan Asisten Profesor Proyek IPMU Kavli, dalam siaran pers baru-baru ini:
"Meskipun kumpulan data masih terlalu kecil untuk membuat pernyataan konklusif, kami telah melihat preferensi yang lemah untuk pelanggaran CP yang besar dan kami bersemangat untuk terus mengumpulkan data dan melakukan pencarian yang lebih sensitif untuk pelanggaran CP."
Hasil ini, yang baru-baru ini diterbitkan di Surat Tinjauan Fisik, termasuk semua data berjalan dari Januari 2010 hingga Mei 2016. Secara total, data ini terdiri dari 7,482 x 1020 proton (dalam mode neutrino), yang menghasilkan 32 neutrino elektron dan 135 muon neutrino, dan 7.471 × 1020 proton (dalam mode antineutrino), yang menghasilkan 4 elektron anti-neutrino dan 66 muon neutrino.
Dengan kata lain, kumpulan data pertama telah memberikan beberapa bukti untuk pelanggaran CP, dan dengan interval kepercayaan 90%. Tapi ini baru permulaan, dan percobaan ini diperkirakan akan berjalan sepuluh tahun lagi sebelum selesai. "Jika kita beruntung dan efek pelanggaran CP besar, kita mungkin mengharapkan bukti 3 sigma, atau sekitar 99,7% tingkat kepercayaan, untuk pelanggaran CP pada 2026," kata Hartz.
Jika percobaan terbukti berhasil, fisikawan akhirnya dapat menjawab bagaimana Alam Semesta awal tidak memusnahkan dirinya sendiri. Mungkin juga membantu untuk mengungkapkan aspek-aspek Semesta yang ingin dicapai oleh fisikawan partikel! Untuk itu di sini bahwa jawaban atas rahasia terdalam Alam Semesta, seperti bagaimana semua kekuatan fundamentalnya bersatu, kemungkinan besar akan ditemukan.
