நியூட்ரினோ அலைவு சோதனைகள் மூலம் பிரபஞ்சத்தின் பொருள்-ஆன்டிமேட்டர் சமச்சீரற்ற மர்மத்தை வெளிப்படுத்துதல்

T2K, ஒரு நீண்ட அடிப்படை நியூட்ரினோ ஜப்பானில் ஊசலாட்ட சோதனை, சமீபத்தில் ஒரு அவதானிப்பைப் புகாரளித்துள்ளது, அங்கு அவர்கள் அடிப்படை இயற்பியல் பண்புகளுக்கு இடையிலான வேறுபாட்டிற்கான வலுவான ஆதாரத்தைக் கண்டறிந்துள்ளனர். நியூட்ரினோக்கள் மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய ஆன்டிமேட்டர் எதிர் நியூட்ரினோக்கள். இந்த அவதானிப்பு அறிவியலின் மிகப்பெரிய மர்மங்களில் ஒன்றை விளக்குவதைக் குறிக்கிறது - ஆதிக்கத்திற்கான விளக்கம் விஷயம் உள்ள பிரபஞ்சம் எதிர்ப்பொருளுக்கு மேல், இதனால் நமது இருப்பு.

தி விஷயம்-இன் ஆன்டிமேட்டர் சமச்சீரற்ற தன்மை பிரபஞ்சம்

அண்டவியல் கோட்பாட்டின் படி, பெருவெடிப்பின் போது கதிர்வீச்சிலிருந்து துகள்கள் மற்றும் அவற்றின் எதிர் துகள்கள் ஜோடிகளாக உற்பத்தி செய்யப்பட்டன. எதிர் துகள்கள் என்பது அவற்றின் கிட்டத்தட்ட அதே இயற்பியல் பண்புகளைக் கொண்ட எதிர்ப்பொருள்கள் ஆகும் விஷயம் எதிரொலிகள் அதாவது துகள்கள், மின் கட்டணம் மற்றும் தலைகீழாக இருக்கும் காந்த பண்புகள் தவிர. இருப்பினும், தி பிரபஞ்சம் உள்ளது மற்றும் ஒரே பொருளால் ஆனது பிக்-பேங்கின் போது சில பொருள்-ஆன்டிமேட்டர் சமச்சீர் உடைந்துவிட்டது என்பதைக் குறிக்கிறது, இதன் காரணமாக ஜோடிகளால் மீண்டும் கதிர்வீச்சை உற்பத்தி செய்வதை முழுமையாக அழிக்க முடியவில்லை. இயற்பியலாளர்கள் இன்னும் சிபி-சமச்சீர் மீறலின் கையொப்பங்களைத் தேடுகிறார்கள், இது ஆரம்பகாலத்தில் உடைந்த பொருள்-ஆன்டிமேட்டர் சமச்சீர்மையை விளக்குகிறது. பிரபஞ்சம்.

CP-சமச்சீர் என்பது இரண்டு வெவ்வேறு சமச்சீர்களின் தயாரிப்பு ஆகும் - சார்ஜ்-கன்ஜுகேஷன் (C) மற்றும் பாரிட்டி-ரிவர்சல் (P). சார்ஜ்-இணைப்பு C ஒரு சார்ஜ்-துகள் மீது பயன்படுத்தப்படும் போது அதன் சார்ஜ் அடையாளத்தை மாற்றுகிறது, எனவே நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் எதிர்மறையாக சார்ஜ் மற்றும் நேர்மாறாக மாறும். நடுநிலை துகள்கள் C இன் செயல்பாட்டின் கீழ் மாறாமல் இருக்கும். பாரிட்டி-ரிவெர்சல் சமச்சீர் அது செயல்படும் துகளின் இடஞ்சார்ந்த ஆயங்களை மாற்றியமைக்கிறது - எனவே வலது கை துகள் இடது கையாக மாறும், ஒருவர் கண்ணாடியின் முன் நிற்கும்போது என்ன நடக்கிறது என்பதைப் போன்றது. இறுதியாக, CP ஆனது வலது கை எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் மீது செயல்படும் போது, ​​அது இடது கை நேர்மறை-சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகளாக மாற்றப்படுகிறது, இது எதிர் துகள் ஆகும். இதனால் விஷயம் மற்றும் ஆன்டிமேட்டர்கள் சிபி-சமச்சீர் மூலம் ஒன்றோடொன்று தொடர்புடையவை. எனவே கவனிக்கப்பட்டதை உருவாக்க CP மீறப்பட்டிருக்க வேண்டும் பொருள்-ஆன்டிமேட்டர் சமச்சீரற்ற தன்மை, இது முதன்முதலில் 1967 இல் சாகரோவ் மூலம் சுட்டிக்காட்டப்பட்டது (1).

ஈர்ப்பு, மின்காந்த மற்றும் வலுவான இடைவினைகள் CP-சமச்சீரின் கீழ் மாறாதவையாக இருப்பதால், இயற்கையில் CP-மீறலைப் பார்ப்பதற்கான ஒரே இடம் குவார்க்குகள் மற்றும்/அல்லது லெப்டான்கள் ஆகும், அவை பலவீனமான தொடர்பு மூலம் தொடர்பு கொள்கின்றன. இதுவரை, CP-மீறல் குவார்க் பிரிவில் சோதனை முறையில் அளவிடப்படுகிறது, இருப்பினும், மதிப்பிடப்பட்ட சமச்சீரற்ற தன்மையை உருவாக்க இது மிகவும் சிறியது. பிரபஞ்சம். எனவே லெப்டான்-பிரிவில் உள்ள சிபி-மீறலைப் புரிந்துகொள்வது இயற்பியலாளர்களுக்கு சிறப்பு ஆர்வமாக உள்ளது. பிரபஞ்சம். லெப்டான்-செக்டரில் உள்ள சிபி-மீறல், லெப்டோஜெனிசிஸ் (2) எனப்படும் செயல்முறை மூலம் பொருள்-ஆன்டிமேட்டர் சமச்சீரற்ற தன்மையை விளக்க பயன்படுகிறது.

நியூட்ரினோக்கள் ஏன் முக்கியமானவை?

நியூட்ரினோக்கள் பூஜ்ஜிய மின் கட்டணம் கொண்ட இயற்கையின் மிகச்சிறிய, பாரிய துகள்கள். மின்சாரம் நடுநிலையாக இருப்பது, நியூட்ரினோக்கள் மின்காந்த இடைவினைகளைக் கொண்டிருக்க முடியாது, மேலும் அவை வலுவான இடைவினைகளையும் கொண்டிருக்கவில்லை. நியூட்ரினோக்கள் 0.1 eV (~ 2 × 10-) வரிசையின் சிறிய வெகுஜனங்களைக் கொண்டுள்ளன.³⁷கிலோ), எனவே ஈர்ப்பு தொடர்பு மிகவும் பலவீனமாக உள்ளது. ஒரே வழி நியூட்ரினோக்கள் குறுகிய தூர பலவீனமான இடைவினைகள் மூலம் மற்ற துகள்களுடன் தொடர்பு கொள்ளலாம்.

இந்த பலவீனமான ஊடாடும் சொத்து நியூட்ரினோக்கள்இருப்பினும், தொலைதூரத்தில் உள்ள வானியற்பியல் பொருட்களைப் படிக்க அவற்றை ஒரு சுவாரஸ்யமான ஆய்வு ஆக்குகிறது. விண்மீன் ஊடகத்தில் இருக்கும் தூசி, வாயுத் துகள்கள் மற்றும் பின்னணிக் கதிர்வீச்சுகளால் ஃபோட்டான்கள் கூட மறைக்கப்படலாம், பரவலாம் மற்றும் சிதறடிக்கப்படலாம். நியூட்ரினோக்கள் பெரும்பாலும் தடையின்றி கடந்து பூமியை சார்ந்த டிடெக்டர்களை அடைய முடியும். தற்போதைய சூழலில், பலவீனமான ஊடாடுதல், நியூட்ரினோ-துறை CP-மீறலுக்கு பங்களிக்க ஒரு சாத்தியமான வேட்பாளராக இருக்கலாம்.

நியூட்ரினோ அலைவு மற்றும் சிபி மீறல்

மூன்று வகையான நியூட்ரினோக்கள் உள்ளன (𝜈) - 𝜈_𝑒,_𝜇 மற்றும் 𝜈_𝜏 - எலக்ட்ரான் (e), மியூன் (𝜇) மற்றும் டவு (𝜏) ஆகிய லெப்டானுடன் தொடர்புடைய ஒன்று. நியூட்ரினோக்கள் உற்பத்தி செய்யப்பட்டு சுவை-ஈஜென்ஸ்டேட்டுகளாக, தொடர்புடைய சுவையின் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட லெப்டானுடன் இணைந்து பலவீனமான இடைவினைகள் மூலம் கண்டறியப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் அவை மாஸ்-ஈஜென்ஸ்டேட்ஸ் எனப்படும் திட்டவட்டமான வெகுஜனங்களைக் கொண்ட மாநிலங்களாகப் பரவுகின்றன. இவ்வாறு ஆதாரத்தில் உள்ள நிச்சயமான சுவையுடைய நியூட்ரினோ கற்றையானது சில பாதை-நீளத்தில் பயணித்தபின் கண்டறியும் புள்ளியில் மூன்று வெவ்வேறு சுவைகளின் கலவையாக மாறுகிறது - வெவ்வேறு சுவை நிலைகளின் விகிதம் அமைப்பின் அளவுருக்கள் சார்ந்தது. இந்த நிகழ்வு நியூட்ரினோ அலைவு என அழைக்கப்படுகிறது, இது இந்த சிறிய துகள்களை மிகவும் சிறப்பானதாக ஆக்குகிறது!

கோட்பாட்டளவில், நியூட்ரினோ சுவை-ஈஜென்ஸ்டேட்டுகள் ஒவ்வொன்றும் மூன்று நிறை-ஈஜென்ஸ்டேட்டுகளின் நேரியல் கலவையாக வெளிப்படுத்தப்படலாம் மற்றும் நேர்மாறாகவும், கலவையை Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata (PMNS) அணி (PMNS) என்ற ஒற்றை அணியால் விவரிக்க முடியும். ,3,4). இந்த 3-பரிமாண யூனிட்டரி கலவை மேட்ரிக்ஸை மூன்று கலவை கோணங்கள் மற்றும் சிக்கலான கட்டங்கள் மூலம் அளவுருவாக மாற்றலாம். இந்த சிக்கலான கட்டங்களில், நியூட்ரினோ அலைவு ஒரு கட்டத்திற்கு மட்டுமே உணர்திறன் கொண்டது, 𝛿_𝐶𝑃, மற்றும் இது லெப்டான்-செக்டரில் CP- மீறலின் தனித்துவமான ஆதாரமாகும். 𝛿_𝐶𝑃 −180° மற்றும் 180° வரம்பில் எந்த மதிப்பையும் எடுக்கலாம். போது 𝛿_𝐶𝑃=0, ±180° என்பது நியூட்ரினோக்கள் மற்றும் ஆன்டிநியூட்ரினோக்கள் ஒரே மாதிரியாக செயல்படுகின்றன மற்றும் CP பாதுகாக்கப்படுகிறது, 𝛿_𝐶𝑃= ±90° என்பது ஸ்டாண்டர்ட் மாடலின் லெப்டான் பிரிவில் அதிகபட்ச CP-மீறலைக் குறிக்கிறது. எந்த இடைநிலை மதிப்பும் வெவ்வேறு அளவுகளில் CP- மீறலைக் குறிக்கிறது. எனவே 𝛿 அளவீடு_𝐶𝑃 நியூட்ரினோ இயற்பியல் சமூகத்தின் மிக முக்கியமான குறிக்கோள்களில் ஒன்றாகும்.

அலைவு அளவுருக்களின் அளவீடு

சூரியன், பிற நட்சத்திரங்கள் மற்றும் சூப்பர்நோவாக்கள் போன்ற அணுக்கரு வினைகளின் போது நியூட்ரினோக்கள் ஏராளமாக உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. அணுக்கருக்களுடன் அதிக ஆற்றல் கொண்ட காஸ்மிக் கதிர்களின் தொடர்பு மூலம் அவை பூமியின் வளிமண்டலத்தில் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. நியூட்ரினோ ஃப்ளக்ஸ் பற்றிய யோசனையைப் பெற, ஒவ்வொரு நொடியும் சுமார் 100 டிரில்லியன் நம்மை கடந்து செல்கிறது. ஆனால் அவர்கள் மிகவும் பலவீனமாக தொடர்புகொள்வதால் நாம் அதை உணரவில்லை. இது நியூட்ரினோ அலைவு சோதனைகளின் போது நியூட்ரினோ பண்புகளை அளவிடுவது மிகவும் சவாலான வேலையாக உள்ளது!

இந்த மழுப்பலான துகள்களை அளவிட, நியூட்ரினோ டிடெக்டர்கள் பெரியவை, கிலோ-டன் நிறை கொண்டவை மற்றும் புள்ளிவிவர ரீதியாக குறிப்பிடத்தக்க முடிவுகளை அடைய சோதனைகள் பல ஆண்டுகள் ஆகும். அவர்களின் பலவீனமான தொடர்புகளின் காரணமாக, அணுக்கரு பீட்டா சிதைவில் (படம் (25) காட்டப்பட்டுள்ளது) ஆற்றல்-வேகப் பாதுகாப்பை விளக்க 1932 ஆம் ஆண்டில் பாலி அவர்களின் இருப்பை முன்வைத்த பின்னர், விஞ்ஞானிகள் முதல் நியூட்ரினோவை சோதனை முறையில் கண்டறிய சுமார் 5 ஆண்டுகள் ஆனது.

விஞ்ஞானிகள் மூன்று கலவை கோணங்களையும் 90% க்கும் அதிகமான துல்லியத்துடன் 99.73% (3𝜎) நம்பிக்கையில் அளந்துள்ளனர் (6). சூரிய மற்றும் வளிமண்டல நியூட்ரினோக்களின் அலைவுகளை விளக்க இரண்டு கலப்புக் கோணங்கள் பெரியவை, மூன்றாவது கோணம் (பெயர் 𝜃₁₃) சிறியது, மிகவும் பொருத்தமான மதிப்பு தோராயமாக 8.6° ஆகும், மேலும் இது சமீபத்தில் 2011 இல் சீனாவில் தயா-பே என்ற அணு உலை நியூட்ரினோ பரிசோதனை மூலம் சோதனை ரீதியாக அளவிடப்பட்டது. PMNS மேட்ரிக்ஸில், கட்டம் 𝛿_𝐶𝑃 பாவம் சேர்க்கையில் மட்டுமே தோன்றும்₁₃𝑒^{±𝑖𝛿_𝐶𝑃,} 𝛿 இன் சோதனை அளவீடு_𝐶𝑃 கடினமான.

குவார்க் மற்றும் நியூட்ரினோ-செக்டர்கள் இரண்டிலும் CP- மீறலின் அளவைக் கணக்கிடும் அளவுரு ஜார்ல்ஸ்கோக் மாறாத 𝐽_𝐶𝑃 (7), இது கலப்பு கோணங்களின் செயல்பாடு மற்றும் CP-ஐ மீறும் கட்டமாகும். குவார்க் செக்டருக்கு 𝐽_𝐶𝑃~3×10^-5 , நியூட்ரினோ துறைக்கு 𝐽_𝐶𝑃~0.033 பாவம்𝛿_𝐶𝑃, இதனால் 𝐽 ஐ விட மூன்று ஆர்டர்கள் பெரியதாக இருக்கலாம்_𝐶𝑃 குவார்க் பிரிவில், 𝛿 மதிப்பைப் பொறுத்து_𝐶𝑃.

T2K இன் முடிவு - பொருள்-ஆன்டிமேட்டர் சமச்சீரற்ற மர்மத்தைத் தீர்ப்பதற்கான ஒரு குறிப்பு

நீண்ட அடிப்படை நியூட்ரினோ அலைவு பரிசோதனையில் T2K (ஜப்பானில் Tokai-to-Kamioka), நியூட்ரினோ அல்லது ஆன்டிநியூட்ரினோ கற்றைகள் ஜப்பான் புரோட்டான் முடுக்கி ஆராய்ச்சி வளாகத்தில் (J-PARC) உருவாக்கப்பட்டு சூப்பர்-காமியோகாண்டில் உள்ள நீர்-செரென்கோவ் டிடெக்டரில் கண்டறியப்பட்டது. பூமியில் 295 கிமீ தூரம் பயணித்த பிறகு. இந்த முடுக்கி 𝜈 கற்றைகளை உருவாக்க முடியும் என்பதால்_𝜇 அல்லது அதன் எதிர் துகள்கள்_𝜇,𝜈_𝑒 மற்றும் அவற்றின் எதிர் துகள்கள் 𝜈̅𝜇, 𝜈̅𝑒, அவை நான்கு வெவ்வேறு அலைவு செயல்முறைகளின் முடிவுகளைக் கொண்டுள்ளன மற்றும் அலைவு அளவுருக்களில் திறமையான வரம்புகளைப் பெற பகுப்பாய்வு செய்யலாம். இருப்பினும், CP-ஐ மீறும் கட்டம் 𝛿_𝐶𝑃 நியூட்ரினோக்கள் சுவைகளை மாற்றும் செயல்பாட்டில் மட்டுமே தோன்றும், அதாவது அலைவுகளில் 𝜇→𝜈𝑒 மற்றும் 𝜈̅𝜇→𝜈̅𝑒 - இந்த இரண்டு செயல்முறைகளில் ஏதேனும் வித்தியாசம் லெப்டான்-பிரிவில் CP-மீறலைக் குறிக்கும்.

சமீபத்திய தகவல்தொடர்பு ஒன்றில், 2 மற்றும் 2009 (2018) இல் சேகரிக்கப்பட்ட தரவுகளை பகுப்பாய்வு செய்து, நியூட்ரினோ துறையில் CP-மீறல் பற்றிய சுவாரஸ்யமான வரம்புகளை T8K ஒத்துழைப்பு அறிக்கை செய்துள்ளது. இந்த புதிய முடிவு 𝛿 இன் சாத்தியமான அனைத்து மதிப்புகளிலும் 42% ஐ நிராகரித்தது_𝐶𝑃. மிக முக்கியமாக, CP பாதுகாக்கப்படும் போது 95% நம்பிக்கை நிராகரிக்கப்பட்டது, அதே நேரத்தில் அதிகபட்ச CP-மீறல் இயற்கையில் விரும்பப்படுகிறது.

உயர் ஆற்றல் இயற்பியல் துறையில், ஒரு புதிய கண்டுபிடிப்பைக் கோருவதற்கு 5𝜎 (அதாவது 99.999%) நம்பிக்கை தேவை, எனவே CP-ஐ மீறும் கட்டத்தைக் கண்டுபிடிப்பதற்குப் போதுமான புள்ளிவிவரங்கள் மற்றும் அதிக துல்லியத்தைப் பெற அடுத்த தலைமுறை சோதனைகள் தேவை. எவ்வாறாயினும், சமீபத்திய T2K முடிவு, பொருள்-ஆன்டிமேட்டர் சமச்சீரற்ற தன்மை பற்றிய நமது புரிதலில் குறிப்பிடத்தக்க வளர்ச்சியாகும். பிரபஞ்சம் முதல் முறையாக நியூட்ரினோ துறையில் சிபி மீறல் மூலம்.

***

குறிப்புகள்:

1. Sakharov,Andrei D., 1991. ''சிபி மாறுபாட்டின் மீறல், C சமச்சீரற்ற தன்மை மற்றும் பிரபஞ்சத்தின் பேரியன் சமச்சீரற்ற தன்மை''. சோவியத் இயற்பியல் உஸ்பெகி, 1991, 34 (5), 392–393. DOI: https://doi.org/10.1070/PU1991v034n05ABEH002497

2. பாரி பாஸ்குவேல் டி, 2012. லெப்டோஜெனிசிஸ் மற்றும் நியூட்ரினோ பண்புகளுக்கான அறிமுகம். தற்கால இயற்பியல் தொகுதி 53, 2012 – வெளியீடு 4 பக்கங்கள் 315-338. DOI: https://doi.org/10.1080/00107514.2012.701096

3. Maki Z., Nakagawa M. மற்றும் Sakata S., 1962. அடிப்படைத் துகள்களின் ஒருங்கிணைந்த மாதிரி பற்றிய குறிப்புகள். கோட்பாட்டு இயற்பியலின் முன்னேற்றம், தொகுதி 28, வெளியீடு 5, நவம்பர் 1962, பக்கங்கள் 870–880, DOI: https://doi.org/10.1143/PTP.28.870

4. பொன்டெகோர்வோ பி., 1958. தலைகீழ் பீட்டா செயல்முறைகள் மற்றும் லெப்டன் சார்ஜ் பாதுகாப்பு இல்லாதது. பரிசோதனை மற்றும் தத்துவார்த்த இயற்பியல் இதழ் (USSR) 34, 247-249 (ஜனவரி, 1958). ஆன்லைனில் கிடைக்கும் http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_007_01_0172.pdf. 23 ஏப்ரல் 2020 அன்று அணுகப்பட்டது.

5. இண்டக்டிவ்லோட், 2007. பீட்டா-மைனஸ் டிகே. [படம் ஆன்லைனில்] கிடைக்கிறது https://en.wikipedia.org/wiki/File:Beta-minus_Decay.svg. 23 ஏப்ரல் 2020 அன்று அணுகப்பட்டது.

6. தனபாஷி எம்., மற்றும் பலர். (துகள் தரவு குழு), 2018. நியூட்ரினோ நிறை, கலவை மற்றும் அலைவு, இயற்பியல். Rev. D98, 030001 (2018) மற்றும் 2019 புதுப்பிப்பு. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.98.030001

7. ஜார்ல்ஸ்கோக், சி., 1986. ஜார்ல்ஸ்கோக் பதிலளிக்கிறார். இயற்பியல் ரெவ். லெட். 57, 2875. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.57.2875

8. T2K ஒத்துழைப்பு, 2020. நியூட்ரினோ அலைவுகளில் மேட்டர்-ஆன்டிமேட்டர் சமச்சீர் மீறல் கட்டத்தின் மீதான கட்டுப்பாடு. இயற்கை தொகுதி 580, பக்கங்கள்339–344(2020). வெளியிடப்பட்டது: 15 ஏப்ரல் 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0

***