Cientos de científicos destacados del experimento japonés T2K y del experimento estadounidense NOvA publicaron conjuntamente un resultado de investigación revolucionario en la prestigiosa revista académica internacional Nature.Los dos mejores equipos de investigación de neutrinos del mundo han fusionado y analizado con éxito datos por primera vez y han obtenido los datos de medición más precisos hasta el momento sobre la "oscilación" de los neutrinos durante el vuelo.

Esta colaboración histórica no sólo marca un paso clave en la investigación de la física de partículas, sino que también proporciona nueva evidencia para respaldar el misterio científico fundamental de por qué nuestro universo está lleno de materia en lugar de antimateria.

Esta investigación conjunta fue coorganizada por Kendall Mahn, profesor de física y astronomía en la Universidad Estatal de Michigan y coportavoz de la organización de cooperación T2K, y muchos otros científicos, y recibió un fuerte apoyo del Departamento de Energía de Estados Unidos. Los científicos señalan que, según el modelo cosmológico estándar existente, la materia y la antimateria deberían haberse formado en cantidades exactamente iguales al comienzo del Big Bang. Sin embargo, según las leyes de la física, la materia y la antimateria correspondientes entre sí serán completamente aniquiladas y convertidas en energía pura cuando choquen. Si este proceso fuera completamente simétrico, hoy no habría entidades en el universo y las estrellas, los planetas y la vida misma nunca serían posibles. Por lo tanto, debe haber algún mecanismo que rompa esta simetría: los físicos lo llaman "violación de simetría de inversión de paridad y conjugación de carga" (es decir, violación de CP), y el diminuto y misterioso neutrino es la clave para encontrar este avance.

Los neutrinos son una de las partículas elementales más abundantes pero más esquivas del universo. Joseph Walsh, becario postdoctoral de la Universidad Estatal de Michigan, explicó que billones de neutrinos pasan a través del cuerpo humano cada segundo, pero debido a que su masa es extremadamente pequeña y rara vez interactúan con otra materia, la gran mayoría de los neutrinos "penetrarán" directamente. Para poder observarlas, los científicos deben construir fuentes de partículas de alta intensidad y enormes detectores subterráneos. En las últimas décadas, los físicos han demostrado que los neutrinos tienen masa y pueden cambiar de un tipo ("sabor") a otro durante el transporte, un fenómeno conocido como "oscilaciones de neutrinos". Si los neutrinos y sus homólogos antineutrinos muestran diferencias en su comportamiento oscilante, podría ser una clave para desentrañar el misterio del dominio de la materia en el universo.

Esta cooperación transfronteriza combina hábilmente las ventajas únicas de los dos experimentos principales. El experimento T2K (nombre completo "Tokai to Kamiokande") que opera en Japón lanza el haz de neutrinos muónicos producido en el Parque de Investigación del Acelerador de Protones de Japón (J-PARC) en la aldea de Tokai, prefectura de Ibaraki, y atraviesa 295 kilómetros de estratos hasta Gifu. El detector Super-Kamiokande en la ciudad de Kamioka, ciudad de Hida, prefectura; y el experimento NOvA en Estados Unidos emite un haz de neutrinos desde el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi, cerca de Chicago, y lo transmite a 810 kilómetros de distancia hasta un detector gigante en el norte de Minnesota. Aunque los dos proyectos pretenden resolver el mismo problema científico, utilizan energías de haz y distancias de transmisión muy diferentes. Combinando ocho años de datos de observación de NOvA con diez años de datos acumulados de T2K, los científicos pudieron aprovechar características técnicas complementarias y mejorar significativamente la precisión de la medición de parámetros físicos relevantes.

Además de profundizar en la comprensión del proceso de oscilación de los neutrinos, el análisis conjunto también proporciona nuevas limitaciones al problema del orden de masa de los neutrinos. La comunidad científica sabe que los neutrinos existen en tres estados de masa, pero aún no se ha aclarado el orden en que están dispuestas sus masas (es decir, "orden normal" u "orden invertido"). Los resultados de la investigación conjunta muestran que si experimentos futuros confirman que los neutrinos siguen un orden de masa invertido, entonces los datos conjuntos existentes proporcionarán directamente pruebas sólidas que respalden el fenómeno de violación de CP; Si finalmente se confirma que es un orden de masa normal, será necesario acumular más datos para definir si los neutrinos violan la simetría CP.

Esta investigación conjunta que abarca los hemisferios oriental y occidental demuestra un nivel muy alto de colaboración internacional en investigación científica. El proyecto NOvA reúne a más de 250 expertos de 8 países y 49 instituciones de investigación científica, mientras que el proyecto T2K cuenta con más de 560 miembros de 15 países y 75 instituciones. Desde el lanzamiento del plan conjunto de datos en 2019, las dos partes han superado las barreras de las diferencias entre diferentes entornos experimentales, tecnologías de detección y herramientas de análisis. Los científicos dijeron que aunque este resultado aún no ha resuelto por completo todos los misterios fundamentales de los neutrinos, no solo sentó una base sólida para la próxima generación de experimentos de física de partículas, sino que también demostró con éxito que la fusión de datos entre equipos y dispositivos puede crear un valor científico incomparable con un solo experimento. Actualmente, los dos equipos continúan recopilando datos de observación y han comenzado los preparativos para la siguiente etapa de análisis conjunto.