Нейтрино бывают трех типов — электронные, мюонные и тау-нейтрино — и могут менять тип, двигаясь со скоростью, близкой к световой. Например, электронное нейтрино, вылетевшее из Солнца, может перед прибытием на Землю стать тау-нейтрино. Для того чтобы изучить эти изменения, физики проекта T2K выстрелили мюонными нейтрино или антинейтрино из протонного ускорителя J-PARC в расположенный на расстоянии 295 км нейтринный детектор «Супер-Камиоканде», подземную цистерну с 50 000 тоннами очищенной воды, окруженный 13 000 светочувствительных фотоэлементов.

В редких случаях нейтрино сталкивается с ядром в воде и превращается в мюон, отчего возникает волна света. Еще реже мюонное нейтрино трансформируется в электронное по пути к детектору. Тогда оно взаимодействует с водой, вырабатывая электрон, который создает еще более смутный круг на фотоэлементах, пишет Nature.

После десятка лет таких экспериментов ученые из T2K отследили всего 90 электронных нейтрино и 15 электронных антинейтрино. Этот результат достаточно значителен, чтобы они пришли к выводу: мюонные нейтрино превращаются в электронные при более высокой скорости, чем мюонные антинейтрино — в электронные антинейтрино.

Разница в скорости колебаний нейтрино и антинейтрино — это признак нарушения СР-инвариантности, симметрии, которая говорит о том, что физика должна выглядеть однаково и для частиц, и для античастиц. Однако некоторая СР-инвариантность необходима, потому что в ранней Вселенной явно было больше материи, чем антиматерии. Иначе эти частицы взаимно уничтожили бы друг друга.

Поиск СР-инвариантности среди нейтрино — намек на то, что в ранней Вселенной был более значительный источник асимметрии. Сами нейтрино слишком легкие для этой задачи, но каждый тип нейтрино может быть связан с намного более тяжелым стерильным нейтрино, которое могло изменить баланс. Обнаружение СР-инвариантности среди обычных нейтрино помогает поддержать эту гипотезу.

Результаты работы Т2К не окончательны — они позволяют говорить о нарушении симметрии лишь с вероятностью 95%, тогда как для уверенности физикам требуется 99,7%. Тем не менее, они вдохновляют ученых на новые исследования.    

В начале года международная команда ученых пришла к выводу, что традиционные объяснения происхождения нейтрино оказались неубедительными. Их анализ исключил единственное оставшееся астрофизическое объяснение аномальных событий, соответствующее Стандартной модели.