摘要
基本粒子的电荷共轭和奇偶反转(CP)对称是物质和反物质之间的对称。1964年首次观察到CP对称性的违反1，并很快建立了夸克弱相互作用中的CP违背2．萨哈罗夫提出3.CP违背是解释宇宙中观察到的物质和反物质丰度不平衡的必要条件。然而，夸克中的CP违背太小，无法支持这一解释。到目前为止，在非夸克基本粒子体系中还没有观察到CP违背现象。研究表明，轻子中CP违逆可以通过称为轻子发生的过程产生物质-反物质的差异4．轻子混合，出现在标准模型的带电电流相互作用中5，6，通过复杂的阶段提供了CP违反的潜在来源δCP，这是瘦体发生的一些理论模型所需要的7，8，9．这种CP违背可以在μ子中微子到电子中微子振荡和相应的反中微子振荡中测量，这些振荡可以在实验上使用由Tokai-to-Kamioka (T2K)和NOvA实验建立的加速器产生的束流来实现10，11．直到现在，的价值δCP并没有受到中微子振荡实验的实质性约束。在这里，我们报告了一项使用长基线中微子和反中微子振荡的测量，该测量由T2K实验观察到，显示了中微子振荡概率的大幅增加，不包括的值δCP这导致在三个标准差(3)处观测到的反中微子振荡概率大幅增加σ)．3σ置信区间δCP，它是循环的，每2π重复一次，对于所谓的正质量排序为[−3.41，−0.03]，对于反向质量排序为[−2.54，−0.32]。我们的结果表明轻子中的CP违背，我们的方法能够使用加速器产生的中微子束灵敏地搜索中微子振荡中的物质-反物质不对称性。未来使用更大数据集的测量将测试轻子CP违背是否大于夸克中的CP违背。
这是订阅内容的预览，通过你所在的机构访问
相关的文章
引用本文的开放获取文章。
从反中性质子散射测量轴向矢量形式因子
自然开放获取2023年2月1日
加速器中微子的QED辐射修正
自然通讯开放获取2022年9月8日
中微子振荡的几何速度极限
量子信息处理开放获取2021年5月26日
访问选项
访问《自然》和其他54种《自然》杂志
获取Nature+，我们最超值的在线订阅
每月29.99美元
随时取消
订阅这本杂志
收到51个印刷问题和在线访问
199.00美元一年
每期仅需3.90美元
租或购买这篇文章
只要这篇文章，只要你需要它
39.95美元
价格可能受当地税收的影响，在结账时计算
数据可用性
支持这些发现的似然面数据将提供给公众访问http://t2k-experiment.org/results/2020-constraint-cp-phase．
代码的可用性
T2K合作开发和维护用于模拟实验设备的代码，并对该结果中使用的原始数据进行统计分析。此代码在协作中共享，但不公开分发。关于在这个结果中使用的算法和方法的查询可以直接向相应的作者。
改变历史
2020年6月18日
参考文献
克里斯腾森，J. H.，克罗宁，J. W.， Fitch, V. L. & Turlay, R. 2π衰变的证据\ ({K} _ {2} ^ {0} \)介子。理论物理。(1．13， 138-140(1964)。
Tanabashi, M.等人。粒子物理学综述。理论物理。启维98， 030001(2018)。
萨哈罗夫，A. D.违反CP不变性，C不对称性，宇宙重子不对称性。Pis 'ma Z. Eksp。Teor。发嘶嘶声．5， 32-35 (1967);位。理论物理。早餐。34， 392-393(1991)。
福田，M. &柳田，T.没有大统一的重子发生。理论物理。列托人。B174， 45-47(1986)。
福田，Y.等。大气中微子振荡的证据。理论物理。(1．81， 1562-1567(1998)。
艾哈迈德，Q. R.等人。来自萨德伯里中微子天文台中性电流相互作用的中微子味道转化的直接证据。理论物理。(1．89， 011301(2002)。
Pascoli, S, Petcov, S. T. & Riotto, A.连接低能轻子cp破坏与瘦体发生。理论物理。启维75， 083511(2007)。
Hagedorn, C.， Mohapatra, R. N.， Molinaro, E.， Nishi, C. C. & Petcov, s.t.瘦子区CP违例及其对瘦子发生的影响。Int。J. Mod.物理。一个33， 1842006(2018)。
Branco, g.c.， González Felipe, R. & Joaquim, F. R. Leptoniccp侵犯。Rev. Mod. Phys．84， 515-565(2012)。
Abe, K.等。介子中微子束中电子中微子外观的观察。理论物理。(1．112， 061802(2014)。
Acero, m.a.等人。第一次测量中微子振荡参数使用中微子和反中微子由新星。理论物理。(1．123， 151803(2019)。
Abe, K.等。2.2 × 10的T2K实验在中微子和反中微子振荡中寻找CP违例21质子在目标上。理论物理。(1．121， 171802(2018)。
Abe, S.等。利用KamLAND精确测量中微子振荡参数。理论物理。(1．One hundred.， 221803(2008)。
阿迪，D.等人。大亚湾运作1958天电子反中微子振荡的测量。理论物理。(1．121， 241805(2018)。
Aharmim, B.等人。联合分析了来自萨德伯里中微子天文台的所有三个阶段的太阳中微子数据。理论物理。启C88， 025501(2013)。
中川真木，坂田。基本粒子统一模型的评述。掠夺。定理。理论物理．28， 870-880(1962)。
中微子实验与轻子电荷守恒问题。位。理论物理。学报》26， 984-988 (1968);Zh型。Eksp。Teor。发嘶嘶声．53， 1717(1967)。
克拉斯特夫，p.i.和Petcov, s.t.共振放大和t破坏效应在地球上的三种中微子振荡。理论物理。列托人。B205， 84-92(1988)。
夸克质量矩阵、CP违反和实验之间联系的基独立公式。z。C29， 491-497(1985)。
巴格尔，魏南特，K. Pakvasa, S. & Phillips, R. J. N.物质对三中微子振荡的影响。理论物理。启维22， 2718-2726(1980)。
Abe, K.等。T2K实验。诊断。Instrum。方法659， 106-135(2011)。
Beavis, D.， Carroll, A.， Chiang, I. & E889协作。长基线中微子振荡实验在AGS物理设计报告BNL No. 52459https://doi.org/10.2172/52878(Brookhaven国家实验室，1995)。
大谷，等人。用于T2K中微子实验的INGRID中微子束监测器的设计与构建。诊断。Instrum。方法623， 368-370(2010)。
Amaudruz, p.a.等。T2K细粒度检测器。诊断。Instrum。方法696， 1-31(2012)。
Assylbekov, S.等人。T2K ND280离轴pi- 0检测器。诊断。Instrum。方法686， 48-63(2012)。
Abgrall, N.等人。T2K探测器附近的时间投影室。诊断。Instrum。方法637， 25-46(2011)。
艾伦，D.等人。电磁量热计用于T2K附近的检测器ND280。j . Instrum．8， p10019(2013)。
青木，S.等。T2K侧介子距离探测器(SMRD)。诊断。Instrum。方法698， 135-146(2013)。
福田，Y.等。超级神冈探测器。诊断。Instrum。方法501， 418-462(2003)。
Nieves, J. Valverde, M. & Vicente Vacas, M. J.准弹性中微子-核相互作用诱导的包容核子发射。理论物理。启C73， 025504(2006)。
Martini, M.， Ericson, M.， Chanfray, G. & Marteau, J.在中微子与原子核相互作用中核子敲除、相干和非相干介子产生的统一方法。理论物理。启C80， 065501(2009)。
Benhar, O.， Farina, N.， Nakamura, H.， Sakuda, M. & Seki, R.脉冲近似状态下的电子和中微子核散射。理论物理。启维72， 053005(2005)。
Salcedo, L. L.， Oset, E.， Vicente-Vacas, M. J. & Garcia-Recio, C.包含介子核反应的计算机模拟。诊断。理论物理。一个484， 557-592(1988)。
Böhlen, T.等。FLUKA代码:高能量和医疗应用的发展和挑战。诊断。数据表120， 211-214(2014)。
法拉利，A.萨拉，P. R.法索，A. & Ranft, J。FLUKA:一个多粒子传输代码版本2005 CERN-2005-010, SLAC-R-773, INFN-TC-05-11http://www.fluka.org/fluka.php?id=faq&sub=13(FLUKA合作，2005)。
Brun, R.等。GEANT检测器描述和仿真工具CERN- w5013报告(CERN, 1994)。
Abgrall, N.等人。的测量π±，K±，\ ({K} _{年代}^ {0}\)， Λ和在31 GeV/c质子碳相互作用中的质子生产与欧洲核子研究中心SPS的NA61/SHINE光谱仪。欧元。理论物理。J。C76， 84(2016)。
Abe, K.等。使用INGRID轴向近探测器测量T2K中微子束流特性。诊断。Instrum。方法694， 211-223(2012)。
Abgrall, N.等人。的测量π±利用欧洲核子研究中心(CERN SPS)的NA61/SHINE光谱仪对入射的31 GeV/c质子从T2K复制靶表面产生的差异产率。欧元。理论物理。j . C76， 617(2016)。
Abgrall, N.等人。的测量π±，K±利用欧洲核子研究中心(CERN SPS)的NA61/SHINE光谱仪，从T2K复制靶表面获得31 GeV/c质子的质子双差产量。欧元。理论物理。j . C79， 100(2019)。
中微子相互作用模拟程序库NEUT。学报期刊。波尔。B40， 2477(2009)。
卢埃林·史密斯，C. H.加速器能量下的中微子反应。理论物理。代表．3.， 261-379(1972)。
Nieves, J.， Amaro, J. E. & Valverde, M.包括准弹性带电电流中微子核反应。理论物理。启C70， 055503(2004)。
张志刚，张志刚，张志刚。无限核物质中双核谱函数的研究。理论物理。启C62， 034304(2000)。
聂夫斯，西莫，i.r.和瓦卡斯，M. J. v包括带电电流中微子核反应。理论物理。启C83， 045501(2011)。
Gran, R.， Nieves, J.， Sanchez, F. & Vicente Vacas, M. J.中微子核准弹性和2p2h相互作用高达10 GeV。理论物理。启维88， 113007(2013)。
雷小山，D. & Sehgal, L. M.重子共振的中微子激发和单介子产生。安。理论物理．133， 79-153(1981)。
Sjöstrand, T.高能物理事件生成与PYTHIA 5.7和JETSET 7.4。第一版。理论物理。Commun．82， 74-89(1994)。
Oset, E.， Salcedo, L. L. & Strottman, D.在共振区域的介子核反应的理论方法。理论物理。列托人。B165， 13-18(1985)。
日，M.和麦克法兰，K. S.准弹性截面μ子和电子中微子的差异。理论物理。启维86， 053003(2012)。
中微子诱导单介子产生过程中的角分布。z。C35， 43-64(1987)。
中微子-核子相互作用中的单介子产生。理论物理。启维97， 013002(2018)。
杨，T.， Andreopoulos, C.， Gallagher, H.， Hoffmann, K. & Kehayias, P.少gev中微子相互作用的强子化模型。欧元。理论物理。j . C63， 1-10(2009)。
蒋，M.等。大气中微子振荡分析与改进的事件重建在超级神冈IV。掠夺。定理。经验值。．2019， 053f01(2019)。
检验复合假设的似然比的大样本分布。安。数学。统计．9， 60-62(1938)。
费尔德曼，G. J. &考辛斯，R. D.小信号的经典统计分析的统一方法。理论物理。启维57， 3873-3889(1998)。
使用马尔可夫链的蒙特卡罗抽样方法及其应用。生物统计学57， 97-109(1970)。
确认
我们感谢J-PARC的工作人员卓越的加速器性能。我们感谢CERN NA61/SHINE合作提供了有价值的粒子生产数据。我们感谢日本经济产业省的支持;NSERC(批准号SAPPJ-2014-00031)， NRC和CFI，加拿大;法国CEA和CNRS/IN2P3;德国DFG;INFN，意大利;波兰国家科学中心和科学与高等教育部;RSF(批准号:19-12-00325)和俄罗斯科学与高等教育部;MINECO和ERDF基金，西班牙; the SNSF and SERI, Switzerland; the STFC, UK; and the DOE, USA. We also thank CERN for the UA1/NOMAD magnet, DESY for the HERA-B magnet mover system, NII for SINET4, the WestGrid and SciNet consortia in Compute Canada, and GridPP in the United Kingdom. In addition, participation of individual researchers and institutions has been further supported by funds from the ERC (FP7), “la Caixa” Foundation (ID 100010434, fellowship code LCF/BQ/IN17/11620050), the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement numbers 713673 and 754496, and H2020 grant numbers RISE-RISE-GA822070-JENNIFER2 2020 and RISE-GA872549-SK2HK; the JSPS, Japan; the Royal Society, UK; French ANR grant number ANR-19-CE31-0001; and the DOE Early Career programme, USA.
作者信息
作者及隶属关系
财团
贡献
T2K实验的操作、蒙特卡罗模拟和数据分析由T2K协作进行，本文作者所列的所有合作者都做出了贡献。这里提出的科学结果已提交给全体合作人员并进行了讨论，所有作者都批准了手稿的最终版本。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
额外的信息
同行评审信息自然感谢Anatael Cabrera, Alexandre Sousa和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
权利和权限
关于本文
引用本文
T2K合作。中微子振荡中物质-反物质对称性破坏相的约束。自然580， 339-344(2020)。https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
收到了:
接受:
发表:
发行日期:
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0
这篇文章被引用
从反中性质子散射测量轴向矢量形式因子
自然(2023)
加速器中微子的QED辐射修正
自然通讯(2022)
q-advanced Schrödinger方程的特点与展望
量子研究:数学与基础(2022)
非酉性3ν混合的全局振荡数据分析
高能物理杂志(2021)
b异常、μ子g−2和中微子质量的统一框架
高能物理杂志(2021)
