20/11/2012 - Ils observent pour la première fois la rupture de symétrie dans le temps dans les lois de la physique

Menéame

Une enquête menée par le Institut de physique corpuscular, centre mixte du Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC) et la Université de Valence, a obtenu des preuves de la rupture de la symétrie dans le temps dans les lois de la physique.

La découverte, publiée aujourd'hui dans le magazine Physical Review Letters, a bénéficié de la collaboration internationale BaBar du laboratoire SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) du Département de l’énergie des États-Unis Université de Stanford (Californie).

Le temps passe inexorablement. Dans l’histoire de l’univers et dans les systèmes complexes, l’évolution temporelle est associée à l’augmentation de l’entropie. En d’autres termes, avec le temps, le désordre se développe toujours à partir d’une situation initiale plus ordonnée.

Pour l’expliquer, nous pouvons imaginer qu’un film dans lequel un vase tombe sur le sol et se casse en morceaux nous regarde en arrière. Nous nous rendrions compte très vite que ce que nous observons est impossible du point de vue des lois physiques, parce que nous savons qu’il n’est pas possible que les morceaux volent du sol et s’ordonnent de former un vase. Et c’est parce que de notre point de vue, "la flèche du temps" se passe sans interruption du passé au futur.

Or, pour une particule isolée, le passage du temps semble le même vers l’avant et vers l’arrière, c’est-à-dire que son mouvement est réversible ou temporairement symétrique. Imaginez qu’on voit maintenant un film dans lequel une boule de billard s’écrase sur un groupe. Si on ne nous le dit pas, on ne saura pas si la projection du film va de l’avant ou de l’arrière. Cela est dû au fait que, dans les deux sens temporels, le mouvement de la boule de billard respecte les mêmes lois physiques. Ce concept est connu sous le nom de symétrie sous investissement temporaire et nous dit que, dans le monde des particules, les théories physiques sont valables à la fois pour un sens de leur mouvement et pour leur inverse, ce qui revient à dire qu’elles fonctionnent aussi bien en avant qu’en arrière dans le temps.

Le temps a une direction privilégiée

Le chercheur José Bernabéu explique: "La rupture de la symétrie temporelle ou symétrie T en physique des particules est liée à la asymétrie CP existant entre matière et antimatière, nécessaire pour générer l’univers actuel de matière à un moment quelconque de son histoire. La symétrie C affirme que, sachant que chaque particule de la nature correspond à une antiparticule à charge opposée, les lois de la physique seraient les mêmes en échangeant les particules à charge positive avec celles à charge négative."

Il y a aussi symétrie P, qui indique que les lois de la physique resteraient inchangées sous des investissements spéculateurs, c’est-à-dire que l’univers se comporterait comme son image dans un miroir. Ces deux symétries combinées donnent lieu à la symétrie charge-parité ou symétrie CP. Lors d’expériences antérieures sur des particules connues sous le nom de Mesons K et B, la symétrie CP n’a pas été observée. Le théorème CPT indique que, pour tout système de particules, les symétries doivent être équilibrées, c’est-à-dire si la symétrie CP n’est pas respectée, la symétrie T non plus.

Le chercheur Fernando Martínez-Vidal ajoute que "la clé pour mesurer directement la rupture de la symétrie T nous a été donnée par l’expérience BaBar du SLAC, qui a été conçu pour l’étude en profondeur de l’asymétrie entre matière et antimatière."

Entre 1999 et 2008, l’accélérateur de particules du SLAC a produit plus de 500 millions de mésons B et leurs contreparties antimatière appelées B-bar. Ainsi, les scientifiques ont observé que ces particules ne respectaient pas la symétrie CP. Le problème pour observer la rupture de la symétrie T était que les Mesons B se désintègrent irréversiblement en quelques milliardièmes de seconde, empêchant ainsi d’inverser leur situation initiale et finale. La solution a été trouvée par la corrélation quantique entre les deux B, qui permet à l’information de la particule qui se désintègre d’abord d’être utilisée à ce moment-là pour déterminer l’état de sa particule partenaire qui vit encore. Les chercheurs ont découvert que l’état de ce dernier Messon B se transforme en un autre six fois plus souvent que dans l’inverse.

Bernabéu explique: "Ce fait démontre sans équivoque la rupture de la symétrie sous investissement temporaire dans les lois fondamentales de la physique. Ces résultats sont si contondants que la probabilité qu’ils soient un hasard est similaire à celle d’obtenir le même visage d’un dé en le lançant 55 fois de suite, 14 sigma en langage statistique." Les physiciens des particules considèrent qu’à partir de 5 sigma il s’agit d’une découverte.

La recherche est appuyée par le Ministère de l’économie et de la compétitivité, par le biais du Programme national de physique des particules, et par la Generalitat Valenciana, par le Programme d ’ < < Excellence> > .

Ref:

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

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