I ett banbrytande samarbete har forskare från experimentet T2K i Japan och NOvA i USA slagit samman sina data för den mest precisa studien hittills av neutrinoodböjningar. Denna gemensamma analys, publicerad i Nature, främjar förståelsen av varför materia segrade över antimateria i det tidiga universum. Ansträngningen belyser kraften i internationellt samarbete för att undersöka kosmiska mysterier.
Fysiker har länge grubblat över universums asymmetri: det tidiga kosmos borde ha haft lika mycket materia och antimateria, som skulle ha annihilierat varandra och lämnat ingenting kvar. Ändå överlevde materia och bildade stjärnor, planeter och liv. Neutrinos, undflyende partiklar som sällan interagerar med materia, kan hålla nyckeln genom sin oscillation – de byter smaker under resan – och potentiell brott mot laddningsparitets (CP) symmetri.
För första gången kombinerade T2K- och NOvA-samarbetena åtta år av NOvA-data med ett decennium av T2K-resultat och påbörjade sin gemensamma analys 2019. T2K, med över 560 medlemmar från 75 institutioner i 15 nationer, skickar neutrinostrålar från Japan över 295 kilometer till detektorer. NOvA, med mer än 250 forskare från 49 institutioner i åtta länder, skickar partiklar från Fermilab i USA till en detektor i Minnesota, 810 kilometer bort. Dessa långbaserade uppsättningar kompletterar varandra och ger en oöverträffad precision i mätning av odböjningar.
"Detta var en stor seger för vårt fält", sa Kendall Mahn, professor vid Michigan State University och T2K:s samtalsperson. "Det visar att vi kan utföra dessa tester, vi kan undersöka neutrino mer i detalj och vi kan lyckas arbeta tillsammans."
Studien fokuserar på neutrinomasseordning: om den följer en normal hierarki (två lätta, en tung) eller inverterad (två tunga, en lätt). Ett CP-brott skulle kunna förklara materiets dominans, men resultaten är fortfarande oavgörande och favoriserar ingen ordning avgörande. "Neutrinos är inte väl förstådda", noterade MSU:s postdoktorala medarbetare Joseph Walsh. "Deras mycket små massor betyder att de inte interagerar ofta. Hundratals biljoner neutrinos från solen passerar genom din kropp varje sekund, men de flesta kommer att passera rakt igenom."
"Genom att göra en gemensam analys kan du få en mer precis mätning än vad varje experiment kan producera ensamt", tillade NOvA-samarbetaren Liudmila Kolupaeva.
Även om det inte löser mysteriet stärker resultaten, detaljerade i Nature (DOI: 10.1038/s41586-025-09599-3), framtida undersökningar av neutrinors roll i universums utveckling. Som T2K-samarbetaren Tomáš Nosek uttryckte det, "Dessa resultat är ett utfall av samarbete och ömsesidig förståelse mellan två unika samarbeten."