W ośrodku akceleratorowym J-PARC, na wschodnim wybrzeżu Japonii, od 2010 roku prowadzone są badania własności neutrin w ramach eksperymentu Tokai-to-Kamioka (T2K), w którym bierze udział grupa fizyków z Instytutu Fizyki Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach pod kierunkiem dr. hab. Arkadiusza Bubaka, prof. UŚ i prof. dr. hab. Jana Kisiela.
Eksperyment T2K jest realizowany przez ponad 500 fizyków z 14 krajów, którzy, badając właściwości neutrin, próbują rozwikłać m.in. zagadkę braku antymaterii we Wszechświecie. W grudniu 2023 roku eksperyment wszedł w nową fazę zbierania danych dzięki modyfikacji aparatury badawczej.
Zwiększona została intensywność wiązki neutrin, co było możliwe dzięki modernizacji głównego akceleratora. Warto podkreślić, że wiązka neutrin jest stabilna przy rekordowo wysokiej intensywności osiągającej poziom około 710 kW, co stanowi wzrost o około 40% mocy w stosunku do stanu przed modernizacją. Zainstalowane zostały nowe detektory neutrin umożliwiające bardziej precyzyjną rekonstrukcję torów cząstek produkowanych w oddziaływaniach neutrin. Podczas grudniowych pomiarów zostały zarejestrowane przypadki oddziaływań neutrin w nowych detektorach.
Dla eksperymentu T2K przełomowy był rok 2013, kiedy to po raz pierwszy na świecie bezpośrednio zaobserwowano pojawienie się neutrin elektronowych w wiązce neutrin mionowych. Wiązka neutrin mionowych jest produkowana w laboratorium J-PARC, a neutrina elektronowe zostały zaobserwowane w detektorze dalekim eksperymentu T2K – Super-Kamiokande, który znajduje się na zachodnim wybrzeżu Japonii w miejscowości Kamioka, oddalonej o 295 km od J-PARC. Było to potwierdzenie zjawiska oscylacji neutrin, polegającego na zmianie rodzaju neutrin, z mionowych na elektronowe, w trakcie podróży w przestrzeni.
W 2014 roku T2K rozpoczął pomiary przy użyciu wiązki antyneutrin mionowych w celu weryfikacji naruszenia symetrii ładunkowo-przestrzennej CP (ang. Charge-Parity Symmetry). Obserwacja ewentualnej różnicy w oscylacji neutrin i antyneutrin powinna przybliżyć nas do wyjaśnienia różnic między obserwowanymi we Wszechświecie ilościami materii i antymaterii.
W 2020 roku naukowcy z eksperymentu T2K znacząco przybliżyli się do rozwiązania tej zagadki, czego efektem była publikacja w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Nature”. Obiecujące wyniki badań okazały się wystarczającym argumentem dla modernizacji, dzięki której eksperyment T2K pozostanie wiodącym eksperymentem neutrinowym i z pewnością nadal będzie dostarczał ciekawych wyników z fizyki neutrin.
Informacja opracowana na podstawie materiałów prasowych KEK/J-PARC oraz ICRR. Konsultacja merytoryczna: prof. dr hab. Jan Kisiel, dr hab. Arkadiusz Bubak, prof. UŚ.
