الزمن في تذبذبات النيوترينو: هل يمكن رصد انتهاكه؟ سريع
النيوترينوات هي جسيمات صغيرة تمر عبر أجسامنا بالمليارات كل ثانية دون أن تصطدم بأي ذرة. ولها خاصية غامضة: فهي تستطيع تغيير نوعها، أو "نكهتها"، أثناء رحلتها من الشمس أو من المسرع، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تتحول من نيوترينو إلكتروني إلى نيوترينو ميوني. هذا التحول، الذي يُسمى بالتذبذبات، يعتمد على المسافة التي يقطعها الجسيم وعلى طاقته.
عادةً، يتحقق الفيزيائيون من انتهاك تناظر الزمن بمقارنة سلوك النيوترينوات ونظيراتها المضادة، وهي النيوترينوات المضادة. لكن مؤلفي الدراسة الجديدة يقترحون مسارًا مختلفًا: أخذ النيوترينوات فقط وملاحظة كيف يتغير احتمال تحول نيوترينو الميون إلى نيوترينو إلكتروني مع تغير المسافة إلى الكاشف. إذا كان هذا الاحتمال يعتمد على المسافة بشكل غير متماثل، أي أن الصورة تختلف عند التحرك للأمام أو للخلف، فهذا يعني أن الزمن بالنسبة للنيوترينوات "يتدفق" بشكل مختلف.
أظهرت الحسابات لتجربتين مستقبليتين، DUNE في الولايات المتحدة وT2HK في اليابان، أنهما معًا يمكنهما رصد مثل هذا الانتهاك بموثوقية تبلغ حوالي 4 سيغما. في حين أن DUNE يعمل بشكل أفضل في وضع النيوترينوات فقط، بينما T2HK يعمل بشكل أفضل عند مقارنة النيوترينوات والنيوترينوات المضادة. وتلعب القمة الثانية للتذبذبات، التي ستشاهدها DUNE، دورًا رئيسيًا: فهناك يظهر التأثير بوضوح أكبر. الطاقة المثلى للنيوترينوات للبحث تتراوح بين 0.68 و0.92 جيجا إلكترون فولت، وهي تقريبًا طاقة الجسيمات المعجلة في مسرع صغير.
مثل هذا الاكتشاف سيساعد في تحديد طور CP بشكل أكثر دقة، وهو الكمية التي تصف مدى الاختلاف بين خصائص المادة والمادة المضادة. حتى الآن، هذه الكمية معروفة بشكل تقريبي فقط، والبيانات الجديدة يمكن أن تقلل من عدم اليقين. والأهم من ذلك، تأكيد أن الزمن على المستوى الأساسي ليس قابلاً للعكس تمامًا.
الملخص الأصلي
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2608.15960v1
We study the sensitivity of the DUNE and T2HK long-baseline experiments to time reversal (T) violation in neutrino oscillations. Rather than the conventional approach of exchanging initial and final neutrino flavors, we search for T violation through the $$L$$-dependence of the $$ u_\mu \to u_e$$ transition probability at fixed neutrino energy using neutrino data only. Within the standard three-flavour framework, we show that the DUNE and T2HK together can establish the presence of an $$L$$-odd component in the oscillation probability at up to $$\sim 4\sigma$$ significance, with the optimal sensitivity in the energy range $$E_ u \in [0.68, 0.92]$$ GeV. The second oscillation maximum of DUNE plays a crucial role in this analysis. We further show that DUNE is more sensitive to T violation that is running in neutrino-only mode, whereas T2HK provides better sensitivity in the conventional neutrino versus anti-neutrino comparison, making the two experiments complementary to each other in search of the CP phase $$\delta_{\rm CP}$$.
النيوترينوات بعيدة المنال لدرجة أنه لرصدها تُبنى كاشفات بحجم مبنى متعدد الطوابق، مملوءة بعشرات الآلاف من الأطنان من السائل. وحتى هذا العملاق لا يلتقط سوى عدد قليل من الجسيمات في اليوم.
في رواية غريغ إيغان "سلم شيلد"، يواجه الفيزيائيون انتهاكًا لتناظر الزمن في الفراغ، مما يؤدي إلى عواقب كارثية. تجارب النيوترينو هي خطوة متواضعة لكنها حقيقية نحو فهم مثل هذه التأثيرات.