Esiste la freccia del tempo?

Babar, un esperimento internazionale, pare confermarlo.

Il team dell'esperimento BaBar

Il tempo fluisce in un determinato verso?

Nell’Universo le stelle nascono, bruciano elementi via via sempre più pesanti e poi muoiono silenziosamente o esplodendo dando origine ad oggetti stranissimi e misteriosi come i buchi neri. A nessuno verrebbe in mente che questa successione possa avvenire in senso inverso, e nella nostra quotidianità?

Anche in questo caso si sarebbe proprio tentati di dire che esiste una “freccia temporale,” infatti, si nasce, spuntano i primi denti, ma prima o poi inesorabili arrivano anche i primi capelli bianchi e le rughe e poi si termina questo cammino più o meno lungo. Difficile ripercorrere questa sequenza al contrario, quindi esiste nel nostro mondo macroscopico una freccia temporale e procede inesorabile in un determinato verso. Rimane però da analizzare cosa succede nel mondo subatomico e per la prima volta un esperimento ha misurato direttamente l’eccezione alla simmetria del tempo, ma procediamo con ordine.

L’esperimento si chiama BaBar con sede a Stanford negli USA ed ha mostrato che, come si pensava, il tempo nel mondo delle particelle può essere più lento in una direzione o nell’altra ovvero che esiste quindi una freccia del tempo preferenziale almeno per alcuni fenomeni.

La legge violata è quella che i fisici la conoscono come invarianza temporale T e prevede che nel mondo subatomico il tempo sia invariabile: così, se noi girassimo un film su due particelle che interagiscono e producono altre particelle più leggere, bene, dovremmo poter rimontare il film al contrario e vedere che nello stesso tempo e allo stesso modo le particelle più leggere diventano quelle originali. Nessuno sarebbe in grado di dire qual è il verso giusto per far scorrere i fotogrammi della pellicola ed osservare il film. Questa è l’invarianza temporale. Che in alcune condizioni potesse essere violata era già noto e misurato indirettamente, ma questa è la prima osservazione diretta di questa violazione.

Più tecnicamente come viene spiegato: “Abbiamo visto la violazione dell’invarianza temporale attraverso lo scambio di particolari stati iniziali e finali di mesoni B neutri – espone così Roberto Calabrese, Università e INFN di Ferrara  e coordinatore della collaborazione italiana BaBar – Abbiamo osservato che il mesone B0 si trasforma nel mesone B_  più velocemente di quanto un B_ si trasformi in B0.  E’ stato emozionante verificare che l’invarianza temporale è violata, mentre la simmetria globale CPT, come previsto teoricamente, resta valida”.

BaBar è una collaborazione internazionale costituita da circa 400 scienziati ed ingegneri di 74 Università e Laboratori americani ed europei e il ruolo dell’Italia è stato determinante per la realizzazione di questo importante risultato. Tramite l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare ha fornito un contributo pari al 20% sia di persone che di risorse finanziarie per la realizzazione dell’esperimento. In particolare hanno il marchio della ricerca e dell’industria italiana, il grande magnete che incurva la traiettoria della particelle, prodotte nel cuore del rivelatore di BaBar e altre componenti fondamentali dello stesso rivelatore: il rivelatore di vertice e il rivelatore di muoni.

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15 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. Ho sempre pensato al tempo come alla chiave del tutto, a ciò che regge l'universo e che non scopriremo mai completamente cosa è e come funziona.
    Quindi mi affascinano sempre questi articoli.

  2. Forse confondo qualcosa, ma se T varia, come può la simmetria CPT non cambiare? In ogni caso esperimento molto interessante.

  3. Citazione Originariamente Scritto da givi Visualizza Messaggio
    Forse confondo qualcosa, ma se T varia, come può la simmetria CPT non cambiare? In ogni caso esperimento molto interessante.
    Se ho capito bene, in sostanza la simmetria CPT non è violata perché le trasformazioni avvengono comunque in entrambi i sensi, anche se quelle in un senso avvengono più rapidamente di quelle nell'altro senso.

  4. Citazione Originariamente Scritto da Red Hanuman Visualizza Messaggio
    Se ho capito bene, in sostanza la simmetria CPT non è violata perché le trasformazioni avvengono comunque in entrambi i sensi, anche se quelle in un senso avvengono più rapidamente di quelle nell'altro senso.
    Scusa Red, ma mi pare che l'esperimento abbia dimostrato (e voleva dimostrare) esattamente il contrario. La freccia del tempo esiste anche nelle dimensioni quantistiche

  5. Citazione Originariamente Scritto da givi Visualizza Messaggio
    Forse confondo qualcosa, ma se T varia, come può la simmetria CPT non cambiare? In ogni caso esperimento molto interessante.
    L'invarianza CPT significa che se in un evento variano contemporaneamente C (Carica) P (parità) T (tempo) levento simmetrico è indistinguibile.

  6. Citazione Originariamente Scritto da Gaetano M. Visualizza Messaggio
    Scusa Red, ma mi pare che l'esperimento abbia dimostrato (e voleva dimostrare) esattamente il contrario. La freccia del tempo esiste anche nelle dimensioni quantistiche
    Allora, facciamo un po' di chiarezza.... La simmetria C è la simmetria di carica. Essa implica che se invertissimo la carica di una particella, e con essa anche la direzione dei campi elettrici e magnetici, non dovremmo accorgerci del cambiamento e non dovrebbe esserci differenza tra il nuovo universo e il vecchio. Così non è, perché la simmetria di carica è valida per gravità, elettromagnetismo e forza forte, me è violata dalla forza debole.
    La simmetria di parità P implica che se invertissimo le coordinate in un sistema di riferimento (da positive a negative) non dovremmo avvertire alcuna differenza nelle leggi fisiche. Questo comporta che se alle particelle cambiamo la rotazione (spin) da levogira a destrogira non dovrebbero essere rilevate differenze di comportamento nelle stesse. Ancora una volta, la forza debole viola questo principio.
    A lungo si è pensato che le particelle non violassero il prodotto di queste simmetrie, mantenendo una simmetria CP.
    Tanto per capirci, se scambiassimo una particella positiva destrogira con una negativa levogira, non dovremmo accorgerci della differenza. Ma, anche stavolta, la forza debole non sta alle regole, e viola anche questa simmetria.
    A questo punto, debbo introdurre la simmetria T, che è la simmetria temporale. Come è ovvio, questa simmetria comporta lo stesso comportamento delle particelle (e dell'universo) rispetto all'inversione della freccia del tempo.
    Oggi abbiamo evidenze che questa simmetria è violata, di nuovo dalla forza debole.

    Ma qui viene il bello. Poiché la simmetria CP non è valida, per mantenere la validità della simmetria CPT anche la simmetria T non deve essere valida. Infatti, visto che matematicamente le tre simmetrie sono equivalenti, la violazione combinata di due di esse comporta la violazione della terza per mantenere la simmetria complessiva.

    Quindi, se non fosse stata verificata l'asimmetria T, sarebbe stato un brutto colpo per la fisica moderna, a dispetto delle apparenze....