¿Qué tipo de experimento probaría directamente la invariancia temporal?

Question

Supongo que el título lo dice todo: ¿cómo se podría probar experimentalmente si nuestro universo es realmente invariante de inversión temporal sin depender de la Teorema CPT ? ¿Qué experimentos se han propuesto para comprobarlo? ¿Se ha realizado alguno?

Sé que hay indirecta pruebas de invariancia temporal observando Violación del CP en la decadencia $K_L \to 2\pi$ por ejemplo. Entonces, si suponemos que en nuestro universo se cumplen las condiciones necesarias para la simetría CPT, eso significa que también debe haber violación de la simetría de inversión temporal. Pero tengo curiosidad por saber cómo probar la invariancia temporal inversa sin basarme en la CPT.

Básicamente, ¿cómo podríamos distinguir entre el Modelo Estándar, que predice la violación de T, y alguna otra teoría hipotética que coincida con los resultados experimentales actuales tan bien como el SM, pero en la que no se cumpla la simetría CPT?

Answer 1

Numerosos grupos de investigación se dedican a buscar un momento dipolar eléctrico del electrón que, de existir, violaría la simetría tiempo-reversa. Esto se debe a que cualquier momento dipolar que pudiera tener el electrón tendría que ser paralelo al espín (o antiparalelo). Cuando se invierte el tiempo, el espín necesariamente se invierte, pero el momento dipolar eléctrico no cambiaría, por lo que la orientación relativa de los dos cambiaría. Ese es el mejor ejemplo de fenómeno de violación de T que conozco.

A riesgo de una indecorosa autopromoción, escribí un artículo sobre búsquedas en edm para Physics World el año pasado. Hay que registrarse para leerlo entero, pero es gratis.

Answer 2

Como actualización de este viejo hilo, el Versión 2015 de la revisión del Grupo de Datos de Partículas sobre pruebas de leyes de conservación (el cuya versión de 2009 fue acertadamente señalado por invisiblerhino) tiene una interesante actualización:

El experimento BABAR ha reportado la primera observación directa de $T$ violación en el $B$ sistema. Las mediciones $T$ -parámetros violatorios en la evolución temporal del neutro $B$ mesones son $∆S^+_T = −1.37±0.15$ y $∆S^−_T = 1.17±0.21$ con un significado de $14σ$ [4]. Esta observación de $T$ con intercambio de los estados inicial y final del neutro $B$ fue posible en un $B$ -factoría utilizando el entrelazamiento de Einstein-Podolsky-Rosen de los dos $B$ producido en la descomposición del $\Upsilon(4S)$ y las dos desintegraciones ordenadas en el tiempo del $B$ como medidas de filtrado del estado del mesón [5].

Señalar la referencia

[4] J.P. Lees et al., Observation of Time-Reversal Violation in the $B^0$ Sistema Mesón, Phys. Rev. Lett. 109 , 211801 (2012) , arXiv:1207.5832 .

que tiene más o menos lo que dice. Para una explicación básica de ese documento, la APS Física Punto de vista: El decaimiento de las partículas señala una flecha del tiempo es probablemente un buen punto de partida. En ese artículo se explican los pormenores mucho mejor de lo que yo podría hacerlo, pero voy a señalar aquí que, con un $14σ$ importancia, este experimento parece significar que

La larga espera de una violación inequívoca de la inversión temporal en la física de partículas por fin ha terminado.

Answer 3

A nivel de investigación, podría interesarle la Revisión del PDG sobre leyes de conservación . Además, la revisión sobre la invariancia CPT ofrece información sobre pruebas de violación CPT en kaones neutros, en Phys. Lett. B 237 , 303 (1990) , Phys. Rev. D 67 , 012005 (2003) y Phys. Rev. Lett. 74 , 4376 (1995) por infracciones del CPT, y en Phys. Lett. B 444 , 43 (1998) y Phys. Rev. Lett. 83 , 911 (1999) por infracciones del CP.

Obsérvese que la violación de CP en sí sigue siendo un área activa de investigación (en particular en Belle y LHCb), ya que no sabemos definitivamente cuántos sistemas la muestran y si existe una explicación más profunda para ello.

Answer 4

Las simetrías C, P y T proceden de las ecuaciones de Schrodinger, Klein-Gordon y Dirac. Estas ecuaciones diferenciales parciales dependen del tiempo y de la posición. Cambiando el signo del tiempo y de la posición, estas ecuaciones permanecían inalteradas, por lo que aquí está el origen de P y T. La simetría C resultó originalmente de la ecuación de Dirac. Puesto que estas ecuaciones describen muy bien el comportamiento de las partículas, podemos afirmar sin temor a equivocarnos que C, P y T proceden de observaciones.

Tras el descubrimiento de la interacción débil, C y P resultaron ser violadas, y la esperanza era que su combinación CP aún se conservara. Tras el descubrimiento de la violación de CP, la esperanza se trasladó a CPT. Entonces, los datos experimentales dijeron que cada una de C, P, T se respeta cuando no tiene lugar la interacción débil, de lo contrario deberíamos estar contentos con la CPT combinada.

Por lo tanto, creo que la respuesta es que los datos experimentales nos dijeron que el universo es T-invariante, entonces cuando la interacción débil estuvo involucrada, nos dijo que CP es violado, y de CPT que T es violado. Y la CPT no es específica del modelo estándar, resulta de la invariancia de Lorentz y del hecho de que la energía está acotada para por debajo de .

Una presumible violación de la CPT implicaría la violación de la invariancia de Lorentz (http://en.wikipedia.org/wiki/CPT\_symmetry#CPT\_violation). Por lo tanto, si una teoría alternativa quiere distinguirse por los experimentos, debería predecir violaciones de la simetría de Lorentz. La propia teoría dirá en qué regímenes se produce esta violación (¡apuesto a que será en la escala de Plank!). En este caso, probablemente la violación de Lorentz implicará con facilidad la violación de la CPT.

Me parece muy poco probable una violación de la invariancia de Lorentz, porque este principio es (probablemente) el más ubicuo de la Física, pero quién sabe...