• Friday July 19,2019

Time-Reversal Violation är inte "Arrow of Time "

Anonim

Ser ut som de goda på BaBar-experimentet hos SLAC, och känner att min uppmärksamhet har blivit distraherad av Higgs boson, bestämde sig för att de kanske skulle kunna släppa ett husdjurskväll av mig förbi en intet ont anande allmänhet utan att rita min ål. Inte så fort, bra folk på BaBar!

De är faktiskt bra människor, och de har gjort en extremt imponerande bit av experimentell virtuositet: att få en direkt mätning av asymmetrin mellan en partikelfysikprocess och dess tidsomvända och därigenom fastställa mycket direkta bevis för att tids- reversering "T" är inte en bra symmetri av naturen. Här är det tekniska dokumentet, SLAC: s pressmeddelande, och en semi-populär förklaring från APS. (Jag kunde länka dig till den fysiska granskningsjournalsjournalen i stället för arxiv, men den förra ligger bakom en paywall medan den senare är ledig och de är samma innehåll, så varför skulle jag göra det? [Uppdatering: PRL-versionen är tillgänglig gratis här, men inte direkt från PRL-sidan.])

Anledningen till att det är ett imponerande experiment är att det är väldigt svårt att direkt jämföra hastigheten på en process till dess exakta tid-omvända. Du kan mäta livstiden för en muon, till exempel, eftersom den sönderfaller till en elektron, en neutrino och en anti-neutrino. Men det är mycket svårt (helt opraktiskt, faktiskt) att skjuta en neutrino och en anti-neutrino direkt på en elektron och mäta sannolikheten att det hela blir en muon. Så vad du vill titta på är oscillationer: en partikel vänder sig till en annan, som också kan konvertera tillbaka. Det brukar inte hända - elektroner kan inte konverteras till positrons eftersom laddning bevaras och de kan inte omvandlas till negativt laddade pioner eftersom energi- och leptonnumret är bevarat etc. Men du kan få tricket att arbeta med vissa kvark-antikviteter, som neutrala kaoner eller neutrala B-mesoner, där partikeln och dess antipartiklar kan oscillera fram och tillbaka i varandra. Om du på något sätt kan skilja mellan partikel och antipartikel, till exempel om de förfallna i olika saker, kan du i princip mäta oscillationshastigheterna i varje riktning. Om priserna är olika säger vi att vi har mätt en överträdelse av T-omvandlingssymmetri eller T-kränkning för korta.

Som jag diskuterar i Från Evighet till Här har denna typ av fenomen uppmätts före, till exempel av CPLEAR-experimentet vid CERN 1998. De använde kaoner och anti-kaoner och såg dem förfallna i olika avkommande partiklar. Om BaBar pressmeddelande ska tros finns det någon kontrovers över om det var "riktigt" att mäta T-överträdelse. Jag visste inte om det, men det är alltid bra att göra en helt oberoende mätning.

Så tittade BaBar på B mesons. Jag kommer inte att gå in i detaljerna (se förklararen här), men de kunde precis justera oscillationerna mellan en slags neutral B meson och den exakta omvändningen av den operationen. (Okej, liten detalj: en sort var ett eget tillstånd av CP, den andra var ett eget tillstånd av smak. Glad nu?)

De fann att T verkligen är kränkt. Detta är ett utmärkt resultat, även om det överraskar absolut ingen. Det finns ett berömt resultat som kallas CPT-teorem, som säger att när du har en vanlig kvantfältteori ("vanligt" betyder "lokal och Lorentz-invariant"), kombineras operationerna av tidsomvandling T, paritet P och partikel / antipartikelväxling C kommer alltid att vara en bra symmetri av teorin. Och vi vet att CP är kränkt i naturen; som vann Nobelpriset för Cronin och Fitch 1980. Så T måste brytas, för att avbryta det faktum att CP bryts och göra kombinationen CPT en bra symmetri. Antingen det, eller universum kör inte enligt en vanlig kvantfältteori, och det skulle verkligen vara stora nyheter.

Allt helt fint och strålande. Djurstammen kommer bara upp i underrubriken för SLAC: s pressmeddelande: "Time 's quantum arrow har en föredragen riktning, ny analys visar." Färgrikt språk snarare än exakt uttalande, för att vara säker, men färgstarkt språk som är extremt vilseledande.

"Time 's pil", i den meningen att frasen används konventionellt (av den typ av människor som konventionellt skulle använda en sådan fras) hänvisar till de otaliga sätt som förflutet skiljer sig från framtiden i vår makroskopiska erfarenhets verklighet. Entropi ökar med tiden; vi kommer ihåg i går och inte imorgon; isbitar smälter och genererar inte spontant i varma glas vatten; grädde och kaffe mix och inte blanda; vi är födda unga och blir äldre vi kan göra val om våra kommande handlingar men inte om vårt förflutna. Den här nya mätningen i B meson-systemet - ja, hela fenomenet T-brottslighet - har absolut inget att göra med den tidens pil .

Anledningen är ganska enkel att förstå. Tidens pil går ut på begreppet irreversibilitet - saker händer i en riktning men inte den andra. Du kan krympa ägg, men inte avskräda dem, etc. Det är inte alls vad som händer i B mesonerna. Oscillationerna mellan olika typer av meson händer perfekt bra i båda riktningarna, bara med någonsin så lite olika priser. Vad mer är, det finns inga B mesons (eller kaoner) som spelar en avgörande roll i vad som händer när du krypterar ägg.

Partikelfysikprocesserna i fråga är med andra ord perfekt reversibla. Informationen går inte förlorad över tiden; du kan räkna ut exakt vad kvantstatistiken brukade vara genom att veta vad det är nu. (Det är "enhetligt" för att använda jargongordet.) Det är helt annorlunda än den makroskopiska pilen av tiden. Faktum är att det är en mening i vilken T-överträdelse helt enkelt är en nomenklaturolycka. Vi kan helt enkelt välja att definiera vad vi menar med "time reversal" som de flesta läroböcker definierar nu som "CPT". Då skulle omkastning vara en bra symmetri av naturen! Du kan faktiskt bevisa att någon teori som är fundamentalt reversibel (enhetlig, informationshantering) kommer att ha en operation som motsvarar tidsomvandling som är en bra symmetri. Så den noggranna ställda fysikfrågan är inte "varför bryts T?", Men "varför är det bevarade begreppet tidsomvandling en som involverar vad vi märker C och P också?"

Anledningen till att det här är en tärning som är värd att hålla som ett husdjur är att förvirringen mellan tidsomvändning och tidens pil ofta leder smarta fysiker att tro att de har upptäckt något intressant om tidens pil när de verkligen tar itu med en helt olika problem. Vi förstår varför det finns en pil av tid: för att det tidiga universum började med en låg entropi, och generisk utveckling från ett sådant tillstånd leder till en ökad entropi. Om du har en teori som förklarar varför det tidiga universum hade en låg entropi, har du framgångsrikt redogjort för den observerade pilen av tiden; På samma sätt, om du har en teori som inte förklarar den låga entropin i närheten av stormen, har du inte framgångsrikt redogjort för den observerade pilen av tid. Älska B-mesonerna, men de är inte anledningen till att vi inte kan sätta Humpty Dumpty tillbaka igen.


Intressanta Artiklar

Lasertransistorer kan använda oss av Super-Fast  "Photonic " -datorer

Lasertransistorer kan använda oss av Super-Fast "Photonic " -datorer

Datorer som drivs med frickin 'laserstrålar kom bara ett steg närmare. Ljusbaserade eller fotoniska datorer skulle teoretiskt sett vara mycket snabbare och mindre än de elektroniska datorer vi använder idag, men forskare har haft svårt att sätta teorin i aktion. Nu har en ny studie visat att två laserstrålar kan förarmas för att förvandla en enda molekyl till en transistor. Men de sp

November kalender

November kalender

Medurs från vänster till vänster: Rafael Lozano-Hemmer; CERN; Ernie Mastroianni; USA Geological Survey / NASA; Victor Hugo King / Library of Congress; Discovery Park of America 1 november: Mer än ett museum Upplev en jordbävningssimulator, akvarium och 48-fots lång mänsklig kroppsmodell på samma dag i Discovery Park of America, som öppnar idag i Union City, Tenn. 3 novem

Delfiner Dra ändlösa all-nighters genom att vila hälften av hjärnan i taget

Delfiner Dra ändlösa all-nighters genom att vila hälften av hjärnan i taget

Förbered dig på att vara svartsjuk, evigvarande för världslärare: för att den bara stänger en sida av sin hjärna åt gången behöver aldrig delfinen sova. Delfiner verkar inte ens sakta ner. När forskare försökte svåra att bära ut en delfin genom att den gjorde samma echolokationsuppgift nonstop, kom experimentet till ett slut - 15 dagar senare - innan delfinens uppmärksamhet flaggades. Även om delfine

Ebola lurade i patientens öga, vilket sätter det från blått till grönt

Ebola lurade i patientens öga, vilket sätter det från blått till grönt

Läkare lär sig att Ebola har en otrevlig vana att hålla sig fast. Dr Ian Crozier, som arbetade med Världshälsoorganisationen i Sierra Leone, trodde att han hade vunnit sitt livshotande slag mot Ebola i oktober, men två månader senare var han tillbaka på sjukhuset och klagade över intensiv ögonsmärta och bleknar syn. Läkare up

Jaktfladder planerar två insatser framåt

Jaktfladder planerar två insatser framåt

En flygande insekt som plötsligt slugas av en fladdermus har antagligen inte mycket tid att reflektera över sitt öde. Om det gjorde det kanske det undrar hur på jorden det swooping däggdjuret lyckades ta det med så lite varning. Svaret är att fladdermöss inte jagar bara en bugg i taget. Samtidigt som man skannar luften med ekon, lyckas de planera två offer framåt. Bats är

Av författare och aktivister är vetenskapsbloggarna ambitiösa nog?

Av författare och aktivister är vetenskapsbloggarna ambitiösa nog?

För tillfället är frågan som jag oftast blir frågad, "Do you ever sleep?" Fram till nyligen, "Why do not you do more?" Har alltid varit ganska lågt på listan, men jag verkar höra detta sentiment mer ofta eller kanske en liten variant av det: "Varför gör du inte saker annorlunda?" Un