Eksperymenty T2K w Japonii oraz NOvA w Stanach Zjednoczonych po raz pierwszy przeprowadziły wspólną analizę danych dotyczących oscylacji neutrin — jednych z najbardziej zagadkowych cząstek we Wszechświecie. Wyniki tych badań ukazały się na łamach prestiżowego czasopisma „Nature”. W pracach istotną rolę odegrał dr Tomáš Nosek, związany z Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ).

Neutrina są niezwykle lekkimi i słabo oddziałującymi cząstkami powstającymi w ogromnych ilościach w reakcjach jądrowych we wnętrzach gwiazd, w atmosferze Ziemi czy w akceleratorach cząstek. Podczas swojej podróży potrafią zmieniać „tożsamość”, czyli tzw. zapach (flavour) — zjawisko to nazywamy oscylacjami neutrin.

Fizycy od lat próbują odpowiedzieć na pytanie, dlaczego we Wszechświecie obserwujemy przewagę materii nad antymaterią. Jedną z hipotez jest to, że za tę asymetrię częściowo odpowiadają właśnie neutriny. Żeby to zweryfikować, konieczne jest m.in. poznanie hierarchii ich mas — układu, w którym można wskazać najlżejsze z trzech rodzajów neutrin.

W eksperymencie T2K, prowadzonym w Japonii, oraz w amerykańskim NOvA naukowcy obserwują zmianę składu wiązki neutrin na trasie liczącej setki kilometrów. Choć oba eksperymenty różnią się energią neutrin i długością tzw. bazy, ich połączenie daje wyjątkową możliwość zwiększenia precyzji pomiarów.

Właśnie dzięki tej współpracy udało się określić różnicę mas neutrin z niespotykaną dotąd dokładnością — z niepewnością poniżej 2%. Analiza pozwoliła także ograniczyć możliwe scenariusze łamania symetrii CP, czyli różnic między zachowaniem cząstek i antycząstek.

Praca dr. Noska była kluczowa dla przygotowania opublikowanej analizy. Polscy naukowcy od lat aktywnie uczestniczą w eksperymencie T2K — w ramach Polskiej Grupy Neutrinowej, działa tam sześć instytucji: NCBJ, Uniwersytet Warszawski, Politechnika Warszawska, Uniwersytet Śląski, Uniwersytet Wrocławski oraz IFJ PAN. Polacy brali udział w budowie detektora bliskiego, zbieraniu danych, symulacjach, kalibracji oraz analizie wyników. Pełnią również ważne funkcje w strukturach kierujących eksperymentem.

Choć obecna analiza jeszcze nie rozstrzyga, która hierarchia mas neutrin jest prawdziwa, znacząco poszerza wiedzę o tych niezwykłych cząstkach. Jest także ważnym krokiem w stronę przyszłych badań, m.in. w powstającym w Japonii detektorze Hyper-Kamiokande.