Confirmada la asimetría temporal o cómo el tiempo puede ir en varias direcciones

El tiempo marcha hacia adelante sin descanso para usted y para mí, ponga una película de detrás adelante, y comprobará al instante que algo está mal. Pero desde el punto de vista de una sola partícula, aislada, el paso del tiempo se ve igual en cualquier dirección. Por ejemplo, una película de dos partículas dispersas se verá igual de principio a fin que a la inversa -un concepto conocido como inversión de la simetría del tiempo.

Ahora el experimento BaBar, del Departamento de Energía (DOE) de SLAC National Accelerator Laboratory ha hecho la primera observación directa de una excepción a esta regla teorizada.

Rebuscando en casi 10 años de datos de miles de millones de colisiones de partículas, los investigadores encontraron que ciertos tipos de partículas cambian en un modo mucho más a menudo que en otro, una violación de la inversión de simetría temporal y la confirmación de que algunos procesos subatómicos tienen un dirección preferida de tiempo.

Publicado esta semana en la revista Physical Review Letters , los resultados son impresionantemente fiables, con una certeza de 10 ⁴³  o lo que es lo mismo, un nivel 14-sigma; mucho más de lo necesario para declarar un descubrimiento.

“Fue emocionante diseñar un análisis experimental que nos permitió observar, directamente y sin ambigüedad, el carácter asimétrico de tiempo”, dijo el colaborador del experimento, Fernando Martínez-Vidal, profesor asociado de la Universidad de Valencia y miembro del Instituto de Física Corpuscular ( IFIC), quien dirigió la investigación. ”Este es un análisis sofisticado, el tipo de trabajo experimental que sólo puede hacerse cuando un experimento está maduro.”

BaBar, que recogió datos en el SLAC de 1999 a 2008, fue diseñado para desentrañar las diferencias sutiles en el comportamiento de la materia y la antimateria que podrían ayudar a explicar la preponderancia de la materia en el universo. Produjo cerca de 500 millones de pares de partículas llamadas B mesones y sus homólogos de antimateria B-bar mesones para su estudio. Los científicos encontraron que los B mesones B-bar mesones, de hecho, se comportan de manera diferente en formas que violan la simetría llamada CP, que incorpora las simetrías de carga (positiva y negativa) y paridad. Este descubrimiento de la violación CP contribuyó al Premio Nobel de Física en 2008 .

La simetría CP se vincula con la inversión de simetría temporal a través del teorema CPT (carga-paridad-tiempo) que dice que las tres simetrías deben permanecer en equilibrio para cualquier sistema de partículas. Si una de las simetrías está fuera de control, al menos uno de los otros deben de estar, también.

Así que los datos de BaBar, con su evidencia de violación de la simetría CP ya en la mano, era un buen lugar para buscar violación en la inversión de simetría temporal que serviría equilibrar la CPT en su conjunto.

Nuevos análisis de la violación temporal se basan en un concepto propuesto en 1999. Los investigadores examinaron una cadena de transformaciones de partículas en el que B mesones se cambiaban entre dos estados diferentes llamado B -cero y B-even. Aprovechando el entrelazamiento cuántico de los B mesones, que permite que la información acerca de la primera partícula  en descomposición que se utiliza para determinar el estado de su compañera en el momento de la desintegración, fueron capaces de encontrar que estas transformaciones pasaban seis veces más a menudo en una dirección que en la otra.

“Esta es una nueva manera de entender los datos que ya se habían utilizado para medir la violación CP”, dijo el coordinador de física en BaBar, Abner Soffer, profesor asociado de la Universidad de Tel Aviv. ”Al mirar de otro modo, pudimos también ver una innegable violación temporal. Lo bueno es que el efecto estaba allí todo el tiempo, pero nadie había pensado en ello de la manera correcta antes “.

la violación temporal se había visto anteriormente en partículas llamadas kaones neutrales en el experimento CPLEAR en el CERN, pero esa medida no fue directa, debido a la incapacidad de distinguir violación T de violación CP, y la interpretación de esos resultados suscitó algunas críticas. Es difícil crear condiciones de laboratorio que pueden servir para ver la violación prevista de reversión, explica Martínez-Vidal. Pero BaBar ha proporcionado las condiciones ideales para una medición clara y directa.

“En el pasado, una verdadera prueba de inversión de simetría temporal con partículas inestables se consideraba imposible”, dijo el asociado a Babar, José Bernabéu, catedrático de la Universidad de Valencia y miembro del IFIC, y uno de los creadores del concepto de análisis. “Es espectacular que la solución llegó desde el fenómeno de entrelazamiento mismo utilizado para la comunicación cuántica y la computación”.

Michael Roney, portavoz de BaBar y profesor de la Universidad de Victoria en Canadá, dijo que “los datos de BaBar han sido muy fructíferos y continúan produciendo resultados importantes, como la prueba única e inequívoca de la teoría cuántica de campos. A medida que continuamos trabajando en casi 100 mediciones de BaBar que investigan la naturaleza fundamental del tiempo y la materia, estamos contentos de haber validado aún más esta teoría subyacente “.

Enlace original: BaBar experiment confirms time asymmetry