Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Pomiń baner

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Symetria względem odwrócenia czasu w rozpadzie neutronu

Uczeni są zgodni, że na początku czasu, w Wielkim Wybuchu zostały wytworzone równe ilości materii i antymaterii. Dzisiaj Wszechświat nadal zawiera materię, ale antymateria znikła. Dotychczas ugruntowało się szereg pomysłów starających się wytłumaczyć zniknięcie antymaterii. Większość z nich zakłada łamanie symetrii względem odwrócenia czasu, tzn., że prawa fizyki są różne przy poruszaniu się w czasie naprzód i wstecz. Doświadczenie życia codziennego mówi nam, że jest to prawda tak, czy owak. Pomyślmy np. o opróżnianiu filiżanki kawy i o oglądaniu filmu video z tego zdarzenia w odwrotnym kierunku. Podczas, gdy kawa nigdy nie napełnia filiżanki w podobny sposób, to większość procesów w skali mikroskopowej przebiega jednakowo w obydwu kierunkach. Badacze mówią o nich, że są symetryczne ze względu na odwrócenie czasu. Istotę zagadnienia można zilustrować filmem przedstawiającym zderzenie dwóch kul bilardowych. Nie da się powiedzieć, czy jest on wyświetlany wprost, czy wstecz. I to jest dokładnie brakujące ogniwo, którego poszukują fizycy: takiego procesu mikroskopowego, który wyróżnia zwrot w czasie. Jeśliby się udało coś takiego znaleźć, to byłby to ważny trop do wyjaśnienia zagadki smutnego losu antymaterii.

Fizycy cząstek z Polski, Francji, Belgii i Szwajcarii badali w Instytucie Paula Scherrera (PSI), czy łamanie symetrii względem odwrócenia czasu zachodzi w rozpadzie neutronu. Podczas gdy większość jąder atomowych jest stabilnych, neutrony swobodne rozpadają się emitując protony, elektrony i neutrina. W szeregu pomiarów, przeprowadzonych na wiązce FUNSPIN przy szwajcarskim spalacyjnym źródle neutronów SINQ, analizowano polaryzację spinową elektronów. Symetria względem odwrócenia czasu wymaga, aby wektor polaryzacji elektronów zawierał się w płaszczyźnie wyznaczonej przez polaryzację rozpadającego się neutronu i kierunek emitowanego elektronu. Odkrycie łamania symetrii względem odwrócenia czasu byłoby bardzo spektakularne, jednakże ten bardzo czuły eksperyment nie znalazł żadnego śladu jego istnienia. Wyniki analizy tego eksperymentu zostały opublikowane w Physical Review Letters (http://arxiv.org/abs/0902.1415v1).

Neutron oferuje inny test symetrii względem odwrócenia czasu: istnienie trwałego elektrycznego momentu dipolowego (EDM) oznaczałoby również jej złamanie. EDM neutronu może być bardzo precyzyjnie mierzony. Obecnie międzynarodowy zespół przygotowuje taki eksperyment, który ma być przeprowadzony przy nowym źródle bardzo powolnych (tzw. „ultra zimnych") neutronów w PSI (http://ucn.web.psi.ch, http://nedm.web.psi.ch). Pomiary tego typu są komplementarne do eksperymentów prowadzonych przez społeczność fizyków cząstek na wielkich akceleratorach, takich jak np. LHC w CERN. Zamiast forsować wysokie energie, nasz eksperyment charakteryzuje się wysoką intensywnością i najwyższą precyzją. Większość fizyków cząstek jest przekonanych, że jedno albo drugie podejście (a najlepiej obydwa) przyniosą wiele ekscytujących odkryć.


Kontakt: Prof. dr hab. Kazimierz Bodek
e-mail: kazimierz.bodek@uj.edu.pl

Data opublikowania: 08.02.2012
Osoba publikująca: Anna Miąso