Работят ли часовниците по-бавно, когато са по-близо до ядрен реактор? Изследователите от Университета "Грифит" се стремят да разберат, докато тестват революционно нова теория, която може да преобърне начина, по който се разглежда времето и пространството.

С помощта на атомни часовници от Националния измервателен институт (NMI) и антинеутрино от изследователския реактор на Австралийската организация за ядрена наука и технологии (ANSTO - Australian Nuclear Science and Technology), доцент Ерик Стрийд (Erik Streed) от Центъра за квантова динамика ще провери квантовата теория на времето на своя колега и теоретичния физик професор Джоан Вакаро (Joan Vaccaro).

Теорията допуска, че е възможна вселена, която е статична и не се променя. Фактът, че виждаме нещата да се променят с течение на времето, не е вградена характеристика на природата, а по-скоро е предизвикана от фундаментално нарушение на симетрията на времето (наречено „T-нарушение“), предполага професор Джоан Вакаро. 

„Ако е вярно, това ще преобърне начина, по който мислим за времето и пространството, както и основните закони, като закона за запазването на масата“, коментира професор Вакаро.

T-нарушението

В изследването си "Quantum asymmetry between time and space", публикувано през 2016 година в Proceedings of the Royal Society A, проф. Вакаро казва, че T-нарушението (T от time, време) или нарушението на времевата симетрия тласка Вселената и в частност нас, към това, което наричаме бъдеще. 

"Открих механизмът, който ни принуждава да отиваме към бъдещето, причината, поради която остареем и причината, поради която напредваме във времето". "Вселената трябва да е симетрична във времето и пространството като цяло. Но ние знаем, че една посока на времето е привилигирована, затова непрекъснато ставаме по-стари, а не по-млади".

Асиметрията дава обяснение, според Вакаро, на две неща, на които не могат да дадат обяснение конвенционалните физически теории - посоката на времето и поведението на мезоните (които се разпадат по различен начин, ако времето върви в обратната посока).

"Експериментите показват, че поведението на мезоните зависи от посоката на времето, по-специално, ако посоката на време се промени, то тяхното поведение също би се променило", подчертава тя.

"Но проблемът е, че Вселената не може да бъде асиметрична изцяло. Това означава, че физичните теории трябва да бъдат симетрични във времето .Това е аномалия в областта на физиката, която аз се опитвам да реша."

Във Вселената биха ставали странни явления, ако нямаше нарушение на T-симетрията. Например обектите ще се преместват във времето със същата лекота както в пространството. Ще се появяват и веднага ще изчезват. Тогава законите на запазване нямаше да работят, обяснява Вакаро.

"Това означава също, че няма да има еволюция във времето Хората ще съществуват само за една точка във времето - те няма да изпитат "потока на времето".

Когато д-р Вакаро добави нарушение на T-симетрията към теорията, нещата драстично се променят.

"Чашата вече се намира всеки път," казва тя. "Това означава, че в теорията вече има запазване на материята. Запазването възниква от теорията, а не се предполага от нея. Освен това, предметите ще се променят с течение на времето, чашите ще се счупват, хората ще остаряват и ще се наслаждават на "потока на времето ". Това означава, че теорията вече има еволюция на времето.

Следващият етап на изследването бе да се разработят експерименти, които да тестват предсказанията на теорията на Вакаро. И този момент настъпи.

Експерименът

Теорията прогнозира, че времето, измерено от часовник, зависи от размера на T-нарушението в неговата локална област. Локалният източник на T-нарушение в квантовата скала може да допринесе за нетното количество T нарушение и следователно да модифицира динамиката на локално ниво.

Антинеутриното са субатомни частици, които показват Т нарушение. Те се движат през материята невредими, тъй като взаимодействат слабо с нея, а ядрените реактори произвеждат огромни потоци от тях.

Часовник, разположен близо до активната зона на реактора, се предвижда да загуби синхрон с по-отдалечен часовник. Това означава, че един от тестовите часовници в близост до реактора може да покаже някакво забявяне на времето или разлика в изминалото време, в сравнение с часовник, даже на не толкова голямо разстояние от реактора.

„Причината за ефекта е чисто квантова по своята същност и произтича от Т-нарушението на антинеутриното, излъчвано от активната зона на реактора, следователно забавящият времето ефект е по-силен по-близо до активната зона“, отбелязва професор Вакаро.

През декември доцент Стрийд и колегите му от NMI инсталират две станции за измерване на времето с атомни часовници в близост до реактора на ANSTO в Сидни, където те ще събират данни за следващите шест месеца.

Атомните часовници често се използват при тестове по фундаментална физика за откриване на малки ефекти в квантовата скала поради изключителната им точност и прецизност, която се доближава до 10 17 до 10 19 "тиктакания" за една секунда за най-добрите часовници.

Ако експериментът е успешен, той ще даде „число“, което да покаже колко голям е квантовият ефект върху времето, обяснява професор Стрийд.

"И ако ефектът се проявява на ниво реактор, ще трябва да го потвърдим при други ядрени реактори и след това да търсим ефекта на други места, като орбитални данни", продължава Стрийд.

"Това е само началото. Трябва да се направи много повече с по-точни часовници и по-големи реактори “, коментира професор Вакаро.

„Настоящият експеримент осигурява горна граница на размера на прогнозирания ефект. Това ще осигури предварителна основа за по-голяма изследователска програма".

Справка: Quantum asymmetry between time and space
Joan A. Vaccaro
Published: 01 January 2016 https://doi.org/10.1098/rspa.2015.0670

Източник:

Researchers test new quantum theory of time, Griffith University

Professor solved time-reversal violation, Griffith University