Mapema sana ulimwengu, mara baada ya Big Bang, 'jambo' na 'antimatter' zote zilikuwepo kwa kiasi sawa. Walakini, kwa sababu ambazo hazijajulikana hadi sasa,jambo' inatawala sasa ulimwengu. Watafiti wa T2K hivi majuzi wameonyesha kutokea kwa ukiukaji unaowezekana wa Uwiano wa Malipo katika neutrino na mipasuko inayolingana ya anti-neutrino. Hii ni hatua mbele katika kuelewa kwa nini jambo inatawala ulimwengu.
Mlipuko Mkubwa (uliotokea yapata miaka bilioni 13.8 iliyopita) na nadharia nyingine zinazohusiana na fizikia zinaonyesha kwamba ulimwengu mionzi ilikuwa 'imetawala' na 'jambo'na'antimatter' ilikuwepo kwa kiasi sawa.
Lakini ulimwengu ambayo tunajua leo ni 'maada' inayotawala. Kwa nini? Hii ni moja ya siri ya kuvutia zaidi ulimwengu. (1).
The ulimwengu ambayo tunajua leo ilianza na viwango sawa vya 'matter' na 'antimatter', zote mbili ziliundwa kwa jozi kama sheria ya maumbile ingehitaji na kisha kuangamizwa mara kwa mara na kutoa mionzi inayojulikana kama 'mnururisho wa nyuma wa ulimwengu'. Ndani ya sekunde 100 hivi za Mlipuko Mkubwa, jambo hilo (chembe) lilianza kwa njia fulani kuwa kubwa zaidi ya chembe ya antiparticle kwa kusema moja katika kila bilioni na ndani ya sekunde chache antimatter yote iliharibiwa, na kuacha nyuma maada tu.
Ni mchakato gani au utaratibu gani ambao unaweza kuunda aina hii ya tofauti au ulinganifu kati ya jambo na antimatter?
Mnamo 1967, mwanafizikia wa kinadharia wa Urusi Andrei Sakharov aliweka masharti matatu muhimu kwa usawa (au utengenezaji wa vitu na antimatter kwa viwango tofauti) kutokea ulimwengu. Hali ya kwanza ya Sakharov ni nambari ya baryon (nambari ya quantum ambayo inabaki kuhifadhiwa katika mwingiliano) ukiukaji. Inamaanisha kuwa protoni zilioza polepole sana hadi kuwa chembe ndogo ndogo kama vile pion isiyo na upande na positroni. Vile vile, antiprotoni ilioza kuwa pion na elektroni. Hali ya pili ni ukiukaji wa ulinganifu wa mnyambuliko wa malipo, C, na ulinganifu wa usawa wa malipo, CP pia huitwa ukiukaji wa Usawa wa Charge. Sharti la tatu ni kwamba mchakato unaozalisha baryon-asymmetry lazima usiwe katika usawa wa joto kutokana na upanuzi wa haraka unaopunguza tukio la maangamizi ya jozi.
Ni kigezo cha pili cha Sakharov cha ukiukaji wa CP, ambayo ni mfano wa aina ya asymmetry kati ya chembe na antiparticles yao ambayo inaelezea njia ya kuoza. Kwa kulinganisha jinsi chembe na antiparticles hutenda, yaani, jinsi zinavyosonga, kuingiliana, na kuoza, wanasayansi wanaweza kupata ushahidi wa ulinganifu huo. Ukiukaji wa CP hutoa ushahidi kwamba baadhi ya michakato ya kimwili isiyojulikana inawajibika kwa uzalishaji tofauti wa suala na antimatter.
Miingiliano ya sumakuumeme na 'maingiliano makali' yanajulikana kuwa linganifu chini ya C na P, na kwa hivyo pia yana ulinganifu chini ya bidhaa CP (3). ''Hata hivyo, hii si lazima iwe hivyo kwa 'maingiliano hafifu', ambayo yanakiuka ulinganifu wa C na P''. Anasema Prof. BA Robson. Anasema zaidi kwamba "ukiukaji wa CP katika mwingiliano dhaifu unamaanisha kuwa michakato kama hiyo ya kimwili inaweza kusababisha ukiukaji wa moja kwa moja wa nambari ya baryoni ili uundaji wa suala uweze kupendelewa kuliko uundaji wa antimatter''. Chembe zisizo za quark hazionyeshi ukiukaji wowote wa CP ilhali ukiukaji wa CP katika quarks ni ndogo sana na sio muhimu kuwa na tofauti katika uundaji wa maada na antimatter. Kwa hivyo, ukiukaji wa CP katika leptoni (neutrinos) kuwa muhimu na ikithibitishwa basi itajibu kwa nini ulimwengu ni jambo kubwa.
Ingawa ukiukaji wa ulinganifu wa CP bado haujathibitishwa (1) lakini matokeo yaliyoripotiwa na timu ya T2K hivi majuzi yanaonyesha kuwa wanasayansi wako karibu nayo. Imeonyeshwa kwa mara ya kwanza kwamba mpito kutoka kwa chembe hadi elektroni na neutrino unapendekezwa zaidi ya mpito kutoka kwa antiparticle hadi elektroni na antineutrino, kupitia majaribio ya kisasa sana katika T2K (Tokai hadi Kamioka) (2). T2K inarejelea jozi ya maabara, Complex ya Utafiti ya Protoni ya Kijapani (J-Parc) katika Tokai na kituo cha uchunguzi cha neutrino cha chini ya ardhi cha Super-Kamiokande huko Kamioka, Japani, iliyotenganishwa na karibu kilomita 300. Kichapuzi cha protoni huko Tokai kilizalisha chembe na vidhibiti kutoka kwa migongano ya juu ya nishati na vigunduzi huko Kamioka viliona neutrino na wenzao wa antimatter, antineutrinos kwa kufanya vipimo sahihi sana.
Baada ya uchanganuzi wa miaka kadhaa ya data katika T2K, wanasayansi waliweza kupima kigezo kiitwacho delta-CP, ambacho husimamia ulinganifu wa CP kuvunjika katika oscillation ya neutrino na kupata kutolingana au upendeleo wa uboreshaji wa kiwango cha neutrino ambacho kinaweza kusababisha uthibitisho wa ukiukaji wa CP kwa njia ya neutrinos na antineutrinos oscillated. Matokeo yaliyopatikana na timu ya T2K ni muhimu katika umuhimu wa takwimu wa 3-sigma au kiwango cha kujiamini cha 99.7%. Ni mafanikio makubwa kwani uthibitisho wa ukiukaji wa CP unaohusisha neutrino unahusishwa na utawala wa jambo katika ulimwengu. Majaribio zaidi ya hifadhidata kubwa yatajaribu kama ukiukaji huu wa ulinganifu wa CP wa leptoni ni mkubwa kuliko ukiukaji wa CP katika quarks. Ikiwa ni hivyo basi hatimaye tutakuwa na jibu la swali Kwa nini ulimwengu ni jambo kubwa.
Ingawa jaribio la T2K halithibitishi kwa uwazi kuwa ukiukaji wa ulinganifu wa CP umetokea lakini ni hatua muhimu kwa maana kwamba linaonyesha kwa uthabiti upendeleo mkubwa wa kiwango cha neutroni ya elektroni iliyoimarishwa na hutupeleka karibu ili kuthibitisha kutokea kwa ukiukaji wa ulinganifu wa CP na hatimaye jibu kwanini ulimwengu ni jambo linalotawala'.
***
Marejeo:
1. Chuo Kikuu cha Tokyo, 2020. ''Matokeo ya T2K Yanazuia Thamani Zinazowezekana za Awamu ya Neutrino CP -…..'' Taarifa kwa Vyombo vya Habari Limechapishwa 16 Aprili 2020. Inapatikana mtandaoni kwenye http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ Ilifikiwa tarehe 17 Aprili 2020.
2. Ushirikiano wa T2K, 2020. Kizuizi kwenye awamu ya ukiukaji wa ulinganifu wa jambo–antimatter katika mtengano wa neutrino. Kiasi cha asili 580, kurasa339–344(2020). Iliyochapishwa: 15 Aprili 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
3. Robson, BA, 2018. Tatizo la Asymmetry la Matter-Antimatter. Jarida la Fizikia ya Nishati ya Juu, Mvuto na Kosmolojia, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015
***
