20/11/2012 - Zum ersten Mal beobachten sie den Bruch der Symmetrie in der Zeit in den Gesetzen der Physik

Menéame

Eine von der Institut für Corpuscular Physik, gemischtes Zentrum für Oberster Rat für wissenschaftliche Forschung (CSIC) und Universität Valencia, hat er Beweise für die Zeit-Symmetrie-Störung in den Gesetzen der Physik.

Der Fund, der heute in der Zeitschrift veröffentlicht wird Physical Review Letters, wurde von der internationalen Zusammenarbeit BaBar des Labors unterstützt SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) des US-Energieministeriums Universität Stanford (Kalifornien).

Die Zeit vergeht unerbittlich. In der Geschichte des Universums und in komplexen Systemen ist die zeitliche Evolution mit der Zunahme der Entropie verbunden. Mit anderen Worten, im Laufe der Zeit wächst die Unordnung immer aus einer geordneten Ausgangssituation.

Um das zu erklären, können wir uns vorstellen, dass wir einen Film zurücksehen, in dem eine Vase auf den Boden fällt und in Stücke zerbricht. Wir würden sehr schnell erkennen, dass das, was wir beobachten, aus Sicht der physikalischen Gesetze unmöglich ist, denn wir wissen, dass es nicht möglich ist, dass die Stücke vom Boden fliegen und sich eine Vase bilden. Und das liegt daran, dass aus unserer Sicht der "Zeitpfeil" ohne Unterbrechung von der Vergangenheit in die Zukunft geht.

Für ein isoliertes Teilchen scheint der Übergang der Zeit nach vorn und rückwärts zu verlaufen, d. h. seine Bewegung ist reversibel oder vorübergehend symmetrisch. Stellen wir uns vor, wir sehen jetzt einen Film, in dem ein Billardball erscheint, der gegen eine Band kollidiert. Wenn sie es uns nicht sagen, wären wir nicht in der Lage zu wissen, ob die Projektion des Films vorwärts oder rückwärts geht. Das liegt daran, dass in beiden zeitlichen Richtungen die Bewegung des Billardballs die gleichen physikalischen Gesetze erfüllt. Dieses Konzept wird als Symmetrie unter temporärer Umkehrung bezeichnet und sagt uns, dass in der Welt der Teilchen physische Theorien sowohl für einen Sinn ihrer Bewegung als auch für ihre Umkehr gültig sind, was bedeutet, dass sie in der Zeit nach vorn und nach hinten funktionieren.

Zeit hat eine bevorzugte Richtung

Der Forscher José Barnabeu erklärt: "Der Bruch der zeitlichen Symmetrie oder T-Symmetrie in Partikelphysik ist mit der CP-Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie, notwendig, um das gegenwärtige Universum der Materie irgendwann in seiner Geschichte zu erzeugen. Die Symmetrie C besagt, dass, da man weiß, dass jedes Teilchen der Natur ein Gegenteil mit entgegengesetzter Ladung ist, die Gesetze der Physik beim Austausch von Partikeln mit positiver Ladung mit denen der negativen Ladung gleich wären."

Es gibt auch die Symmetrie P, die darauf hinweist, dass die Gesetze der Physik unter spekulativen Investitionen unverändert bleiben würden, das heißt, das Universum würde sich wie sein Bild in einem Spiegel verhalten. Diese beiden kombinierten Symmetrien führen zur Belastungs-Parity-Symmetrie oder CP-Symemetrie. Bei früheren Experimenten mit Partikeln, die als Mesonen K und B bekannt sind, wurde festgestellt, dass die CP-Symmetrie nicht eingehalten wurde. Das CPT-Theorem zeigt, dass für jedes Teilchensystem die Symmetrien ausgeglichen bleiben müssen, d. h., wenn die CP-Symmetrie nicht eingehalten wird, die T-Symemetrie auch nicht.

Der Forscher Fernando Martínez-Vidal fügt hinzu, dass "der Schlüssel zur direkten Messung des Bruchs der Symmetrie T uns durch das BaBar-Experiment des SLAC gegeben wurde, das für die eingehende Untersuchung der Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie konzipiert wurde."

Zwischen 1999 und 2008 wurden im Teilchenbeschleuniger des SLAC mehr als 500 Mio. Mesonen B und seine Antimaterie-Gegenstände namens B-Bar produziert. Die Wissenschaftler stellten fest, dass diese Partikel die CP-Symmetrie nicht erfüllten. Das Problem der Beobachtung des Bruchs der T-Symmetrie bestand darin, dass die B-Mesonen unumkehrbar in ein paar Billionstelsekunde zerfallen, was eine Umkehrung ihrer Ausgangs- und Endsituation verhinderte. Die Lösung wurde durch die Quantenkorrelation zwischen den beiden B gefunden, die es ermöglicht, dass die Informationen des Teilchens, das zuerst zerfällt, zu diesem Zeitpunkt verwendet werden, um den Zustand Ihres noch lebenden Partnerpartikels zu bestimmen. Forscher haben herausgefunden, dass der Zustand dieses letzten Gasthauses B wird etwa sechs Mal öfter in einer Richtung als in umgekehrt.

Barnabeu erklärt: "Diese Tatsache zeigt unmissverständlich, daß die Symmetrie unter vorübergehender Umkehrung der grundlegenden Gesetze der Physik gebrochen ist. Diese Ergebnisse sind so stark, dass die Wahrscheinlichkeit, dass sie ein Zufall sind, ähnlich ist wie das gleiche Gesicht eines Würfels, wenn man ihn 55 Mal hintereinander wirft, 14 Sigma in statistischer Sprache." Die Teilchenphysiker betrachten dies als eine Entdeckung von 5 Sigma.

Die Forschung wird vom Ministerium für Wirtschaft und Wettbewerbsfähigkeit über das Nationale Programm für Partikelphysik und von der Generalitat Valenciana über das Prometheus-Programm unterstützt.

Ref:

 J. P. Lees et al. Observation of time-reversal vergewaltigung in the B^0 meson system. Phys. Rev. Lett. 109, 211801 (2012)

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