Una investigació liderada per l'Institut de Física Corpuscular (centre mixt del Consell Superior d'Investigacions Científiques i la Universitat de València), en el Parc Científic de la institució acadèmica, acaba d’anunciar una troballa crucial en les lleis de la Física: ha obtingut evidències del trencament de la simetria en el temps. El descobriment, que es publica aquesta setmana a la revista 'Physical Review Letters', ha sigut realitzat per la col·laboració internacional BABAR, del laboratori SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) del Departament d'Energia d'Estats Units en la Universitat de Stanford (Califòrnia).
El temps discorre inexorablement. En la història de l'univers i en els sistemes complexos, l'evolució temporal està associada a l'augment d'entropia. Dit d'una altra manera, amb el pas del temps, el desordre sempre creix a partir d'una situació inicial més ordenada.
Per a explicar-lo, podem imaginar que mirem cap a enrere una pel·lícula en la qual un gerro cau al sòl i es trenca en trossos. Ens adonaríem molt ràpid que el que observem és impossible des del punt de vista de les lleis físiques, perquè sabem que no és possible que els trossos volen del sòl i s'ordenen formant gerro. I això és perquè, des del nostre punt de vista, ‘la fletxa del temps’ transcorre sense interrupció des del passat cap al futur.
Ara bé, per a una partícula aïllada, el pas del temps sembla el mateix cap a endavant i cap a enrere, és a dir, el seu moviment és reversible o temporalment simètric. Imaginem que ara mirem una pel·lícula en la qual apareix una bola de billar que xoca contra una banda. Si no ens ho diuen, no seríem capaços de saber si la projecció de la pel·lícula va cap a endavant o cap a enrere. Açò es deu al fet que, en ambdós sentits temporals, el moviment de la bola de billar compleix les mateixes lleis físiques. Aquest concepte es coneix com a ‘simetria sota inversió temporal’ i ens diu que, en el món de les partícules, les teories físiques són vàlides tant per a un sentit del seu moviment com per al seu invers, el que equival a dir que funcionen igual cap a endavant com cap a enrere en el temps.
El temps té una direcció preferent
José Bernabéu explica que “la ruptura de la simetria temporal o simetria T en física de partícules està relacionada amb l'asimetria CP existent entre matèria i antimateria, necessària per a generar l'univers actual de matèria en algun moment de la seua història. La simetria C afirma que, sabent que a cada partícula de la naturalesa li correspon una antipartícula amb càrrega oposada, les lleis de la física serien les mateixes en intercanviar les partícules amb càrrega positiva amb les de càrrega negativa”.
La simetria P assenyala que les lleis de la física romandrien inalterades sota inversions especullars, és a dir, l'univers es comportaria igual que la seua imatge en un espill. Aquestes dues simetries combinades donen lloc a la simetria carrega-paritat o simetria CP. Experiments previs amb partícules conegudes com mesons K i B han observat que no es compleix la simetria CP. I el teorema CPT indica que, per a qualsevol sistema de partícules, les simetries han de mantenir-se equilibrades. O el que és el mateix, si la simetria CP no es compleix, la simetria T tampoc.
L'investigador Fernando Martínez-Vidal afegeix: “l'experiment BABAR, que va ser dissenyat per a l'estudi en profunditat de l'asimetria entre matèria i antimatèria, ens ha permès ara observar directament per primera vegada la ruptura de la simetria T”.
Entre 1999 i 2008, es van produir més de 500 milions de mesons B en l'accelerador de partícules del SLAC, i les seues contrapartides d’antimatèria, anomenats B-bar. Així, els científics van observar com aquestes partícules incomplien la simetria CP. El problema per a observar la ruptura de la simetria T residia que els mesons B es desintegren irreversiblement en poques bilionèsimes de segon, impedint invertir la seua situació inicial i final. La solució s'ha trobat mitjançant la correlació quàntica entre els dos B, que permet que la informació de la partícula que es desintegra primer s'utilitze en aqueix moment per a determinar l'estat de la seua partícula companya que encara viu. Els investigadors han descobert que l'estat d'aquest últim mesó B es transforma en un altre unes sis vegades més sovint en un sentit que en l'invers.
Bernabéu aclareix que “aquest fet demostra inequívocament la ruptura de la simetria sota inversió temporal en les lleis fonamentals de la Física”. Aquests resultats són tan contundents que la probabilitat que siguen una casualitat és similar a la d'obtenir la mateixa cara d'un dau al llançar-lo 55 vegades seguides, 14 sigma en llenguatge estadístic. Els físics de partícules consideren que a partir de 5 sigma es tracta d'un descobriment.
La investigació compta amb el suport del Ministeri d'Economia i Competitivitat, a través del Programa Nacional de Física de Partícules, i de la Generalitat Valenciana, a través del Programa d'Excel·lència PROMETEU.
Más información:
BaBar Collaboration, Phys. Rev. Lett.
The Economist, The arrow of time: Backward ran sentences…
Bernabéu, Martínez-Vidal, Villanueva-Pérez, JHEP 1208, 064 (2012)
Bernabéu, Bañuls, Phys. Lett. B 464,117 (1999); Nuclear Physics B 590,19 (2000)
http://www-public.slac.stanford.edu/babar/Nobel2008.aspx
http://ific.uv.es/
Data d'actualització: 19 de de novembre de 2012 12:28.
Llista de notícies
