Pada awal-awal lagi alam semesta, tidak lama selepas Big Bang, 'penting' dan 'antimateri' kedua-duanya wujud dalam jumlah yang sama. Walau bagaimanapun, atas sebab yang tidak diketahui setakat ini, 'penting' mendominasi masa kini alam semesta. Para penyelidik T2K baru-baru ini telah menunjukkan berlakunya kemungkinan pelanggaran Caj-Pariti dalam neutrino dan ayunan anti-neutrino yang sepadan. Ini adalah satu langkah ke hadapan dalam memahami sebabnya penting menguasai alam semesta.
Letupan Besar (yang berlaku kira-kira 13.8 bilion tahun yang lalu) dan teori fizik lain yang berkaitan mencadangkan bahawa alam semesta adalah radiasi 'dominan' dan 'penting' dan juga 'antimatter' wujud dalam jumlah yang sama.
Tetapi alam semesta yang kita tahu hari ini adalah 'jirim' dominan. kenapa? Ini adalah salah satu misteri yang paling menarik alam semesta. (1).
. alam semesta yang kita tahu hari ini bermula dengan jumlah 'jirim' dan 'antimateri' yang sama, kedua-duanya dicipta secara berpasangan seperti yang diperlukan oleh undang-undang alam dan kemudiannya dimusnahkan berulang kali menghasilkan sinaran yang dikenali sebagai 'sinaran latar belakang kosmik'. Dalam masa kira-kira 100 mikro saat Letupan Besar, jirim (zarah) entah bagaimana mula melebihi bilangan antizarah dengan katakan satu dalam setiap bilion dan dalam beberapa saat semua antijirim telah musnah, hanya meninggalkan jirim.
Apakah proses atau mekanisme yang akan mewujudkan perbezaan atau asimetri jenis ini antara jirim dan antijirim?
Pada tahun 1967, ahli fizik teori Rusia Andrei Sakharov mengemukakan tiga syarat yang diperlukan untuk ketidakseimbangan (atau pengeluaran jirim dan antijirim pada kadar yang berbeza) berlaku dalam alam semesta. Syarat Sakharov pertama ialah pelanggaran nombor baryon (nombor kuantum yang kekal dalam interaksi). Ini bermakna proton mereput dengan sangat perlahan menjadi zarah subatom yang lebih ringan seperti pion neutral dan positron. Begitu juga, antiproton mereput menjadi pion dan elektron. Syarat kedua ialah pelanggaran simetri konjugat cas, C, dan simetri pariti konjugat cas, CP juga dipanggil pelanggaran Caj-Pariti. Syarat ketiga ialah proses yang menjana baryon-asimetri mestilah tidak berada dalam keseimbangan terma kerana pengembangan pesat mengurangkan berlakunya kemusnahan pasangan.
Ia adalah kriteria kedua Sakharov mengenai pelanggaran CP, yang merupakan contoh sejenis asimetri antara zarah dan antizarahnya yang menerangkan cara ia mereput. Dengan membandingkan cara zarah dan antizarah berkelakuan, iaitu, cara ia bergerak, berinteraksi dan mereput, saintis boleh mencari bukti asimetri itu. Pelanggaran CP memberikan bukti bahawa beberapa proses fizikal yang tidak diketahui bertanggungjawab untuk penghasilan pembezaan jirim dan antijirim.
Elektromagnet dan 'interaksi kuat' diketahui simetri di bawah C dan P, dan akibatnya ia juga simetri di bawah produk CP (3). ''Walau bagaimanapun, ini tidak semestinya berlaku untuk 'interaksi lemah', yang melanggar kedua-dua simetri C dan P'' kata Prof. BA Robson. Beliau seterusnya mengatakan bahawa "pelanggaran CP dalam interaksi yang lemah membayangkan bahawa proses fizikal sedemikian boleh membawa kepada pelanggaran tidak langsung nombor baryon supaya penciptaan jirim akan diutamakan daripada penciptaan antijirim''. Zarah bukan kuark tidak menunjukkan sebarang pelanggaran CP manakala pelanggaran CP dalam kuark terlalu kecil dan tidak ketara untuk mempunyai perbezaan dalam penciptaan jirim dan antijirim. Jadi, pelanggaran CP dalam lepton (neutrino) menjadi penting dan jika dibuktikan maka ia akan menjawab mengapa alam semesta adalah perkara yang dominan.
Walaupun pelanggaran simetri CP masih belum dapat dibuktikan secara muktamad (1) tetapi penemuan yang dilaporkan oleh pasukan T2K baru-baru ini menunjukkan bahawa saintis benar-benar dekat dengannya. Telah ditunjukkan buat kali pertama bahawa peralihan daripada zarah kepada elektron dan neutrino diutamakan berbanding peralihan daripada antizarah kepada elektron dan antineutrino, melalui eksperimen yang sangat canggih di T2K (Tokai kepada Kamioka) (2). T2K merujuk kepada sepasang makmal, Kompleks Penyelidikan Pemecut Proton Jepun (J-Parc) di Tokai dan balai cerap neutrino bawah tanah Super-Kamiokande di Kamioka, Jepun, dipisahkan kira-kira 300 km. Pemecut proton di Tokai menjana zarah dan antizarah daripada perlanggaran tenaga tinggi dan pengesan di Kamioka memerhati neutrino dan rakan antijirimnya, antineutrino dengan membuat ukuran yang sangat tepat.
Selepas analisis beberapa tahun data di T2K, saintis dapat mengukur parameter yang dipanggil delta-CP, yang mengawal pemecahan simetri CP dalam ayunan neutrino dan mendapati ketidakpadanan atau keutamaan untuk peningkatan kadar neutrino yang akhirnya boleh menyebabkan pengesahan pelanggaran CP dalam cara neutrino dan antineutrino berayun. Keputusan yang didapati oleh pasukan T2K adalah signifikan pada kepentingan statistik 3-sigma atau tahap keyakinan 99.7%. Ia merupakan pencapaian penting kerana pengesahan pelanggaran CP yang melibatkan neutrino dikaitkan dengan penguasaan jirim dalam alam semesta. Percubaan lanjut dengan pangkalan data yang lebih besar akan menguji sama ada pelanggaran simetri CP leptonic ini lebih besar daripada pelanggaran CP dalam quark. Jika begitu maka akhirnya kita akan mendapat jawapan kepada soalan Mengapa alam semesta adalah perkara yang dominan.
Walaupun percubaan T2K tidak menyatakan dengan jelas bahawa pelanggaran simetri CP telah berlaku tetapi ia adalah satu peristiwa penting dalam erti kata bahawa ia secara muktamad menunjukkan keutamaan yang kuat untuk kadar neutron elektron yang dipertingkatkan dan membawa kita lebih dekat untuk membuktikan berlakunya pelanggaran simetri CP dan akhirnya kepada jawab 'kenapa alam semesta adalah perkara yang dominan'.
***
Rujukan:
1. Universiti Tokyo, 2020. ''Keputusan T2K Mengehadkan Kemungkinan Nilai Fasa CP Neutrino -…..'' Siaran Akhbar Diterbitkan 16 April 2020. Tersedia dalam talian di http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Diakses pada 17 April 2020.
2. Kerjasama T2K, 2020. Kekangan pada fasa pelanggaran simetri jirim-antimateri dalam ayunan neutrino. Jilid semula jadi 580, halaman339–344(2020). Diterbitkan: 15 April 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. Masalah Asimetri Jirim-Antimajirim. Jurnal Fizik Tenaga Tinggi, Graviti dan Kosmologi, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
