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物理学家展示电子层面时间流动的非对称性

直接证明时间反转曾被认为是T不可能的——直到现在。

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[本文最初以“时间不对称性终被发现”为题刊登于纸质版。]

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在微小粒子的层面上,物理定律在时间上是对称的。一个朝某个方向进行的反应(例如粒子A转化为粒子B)与朝相反方向进行的反应(粒子B转化为粒子A)发生的可能性相同。

这并不是一个太奇怪的概念:一段台球撞击球桌缓冲垫后弹起的视频,无论是向前播放还是向后倒放,看起来都是一样的。两种情况下,物理原理都同样适用,而且是相同的。

然而,自20世纪60年代以来的实验表明,这条规则应该存在例外——即所谓的“时间反转对称性破坏”的特殊情况。去年年底,斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的BaBar实验合作者终于发现了这种破坏的首个确凿证据。

BaBar研究了电子和正电子(电子的反物质对应物)的碰撞,碰撞产生了B介子。该实验从1999年运行到2008年,但五年后科学家们通过梳理大量数据,继续获得了新的发现——包括这一发现。

“直接证明时间反转曾被认为是不可能的,”瓦伦西亚大学理论家何塞·贝纳贝乌(José Bernabeu)说。他利用了B介子成对互补产生的特性:如果你知道其中一个的性质,你就能知道它的伴侣的性质。

因此,当一个B介子衰变或改变形式时,物理学家会自动知道它伴侣在它衰变之前的状态。BaBar研究人员跟踪了该伴侣所经历的转变,发现某些反应在时间向前流动时发生的频率远高于时间向后流动时。

尽管有强烈的理论原因预期这种时间反转对称性破坏的例子会发生,但这一发现仍然是一个令人兴奋的证实。“在物理学中,除非你真正看到它,否则它就不存在,”瓦伦西亚的主要研究员费尔南多·马丁内斯-维达尔(Fernando Martínez-Vidal)说。

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