Dòng thời gian vẫn cứ trôi miết về phía trước bạn và tôi; nếu xem một đoạn phim chiếu ngược, bạn sẽ nhanh chóng phát hiện thấy cái gì đó không ổn ngay. Nhưng từ góc nhìn của riêng một hạt vật chất, thì sự trôi qua của thời gian trông theo chiều nào cũng như nhau cả. Ví dụ, một đoạn phim quay cảnh hai hạt tán xạ lên nhau sẽ trông y như cũ nếu bị chiếu ngược – người ta gọi đó là sự đối xứng đảo chiều thời gian.
Nay thí nghiệm BaBar tại Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC thuộc Bộ Năng lượng Mĩ vừa thực hiện thành công sự quan sát trực tiếp đầu tiên của một ngoại lệ đã được nêu lí thuyết từ lâu của quy luật này.
Hình minh họa hai meson B khác nhau đang biến đổi giữa các trạng thái (biểu diễn bằng màu sắc); tuy nhiên meson B-xanh biến đổi thành meson B-đỏ nhanh hơn chiều biến đổi ngược lại (một quá trình chạy ngược chiều thời gian, biểu diễn bằng cái đồng hồ ngược).
Khai thác gần 10 năm dữ liệu thu từ hàng tỉ va chạm hạt, các nhà nghiên cứu tìm thấy những hạt nhất định biến đổi thành hạt khác theo một kiểu thường xuyên theo những kiểu khác, một sự vi phạm của đối xứng đảo chiều thời gian và là sự xác nhận rằng một số quá trình dưới nguyên tử có một chiều thời gian ưu tiên hơn.
Công bố trên tạp chí Physical Review Letters, các kết quả mới thật hết sức ấn tượng, với sai số 1/1043, hay mức độ tin cậy 14-sigma – cao hơn nhiều so với mức chuẩn cần thiết cho một khám phá.
Thí nghiệm BaBar thu thập dữ liệu tại SLAC từ năm 1999 đến 2008. Nó được thiết kế để tìm ra những khác biệt tinh vi trong hành trạng của vật chất và phản vật chất có thể giải thích sự át trội của vật chất trong vũ trụ. Nó đã tạo ra gần 500 triệu cặp hạt gọi là meson B và những đối hạt phản vật chất meson B-bar của chúng để nghiên cứu. Các nhà khoa học BaBar đã tìm thấy rằng các meson B và meson B-bar thật sự hành xử khác nhau theo những kiểu gọi là vi phạm đối xứng CP, tức sự kết hợp của đối xứng điện tích (dương-âm) với đối xứng chẵn lẻ (có thể xem là thuận trái hay thuận phải). Sự khám phá ra sự vi phạm CP này đã góp phần cho Giải Nobel Vật lí năm 2008.
Sự đối xứng CP liên hệ với đối xứng đảo chiều thời gian qua Định lí CPT (điện tích – chẵn lẻ - thời gian), phát biểu rằng ba đối xứng trên phải được giữ cân bằng trong bất kì một hệ hạt nào đã cho. Nếu một trong ba đối xứng bị phá vỡ thì ít nhất một đối xứng còn lại cũng bị vi phạm theo.
Vì thế dữ liệu BaBar, với bằng chứng vi phạm đối xứng CP của nó đã có trong tay, là nơi thích hợp để tìm kiếm sự vi phạm đối xứng đảo chiều thời gian.
Phép phân tích vi phạm đối xứng thời gian mới của BaBar xây dựng trên cơ sở một quan điểm đã được đề xuất hồi năm 1999. Các nhà nghiên cứu đã khảo sát một chuỗi biến đổi hạt trong đó các meson B chuyển hóa qua lại giữa hai trạng thái khác nhau gọi là meson-không và meson-chẵn. Khai thác sự vướng víu lượng tử của các meson B, hiện tượng cho phép thông tin về hạt phân hủy thứ nhất được dùng để xác định trạng thái của đối hạt của nó tại thời điểm phân hủy, họ tìm thấy những biến đổi này xảy ra theo xu hướng này thường xuyên gấp sáu lần xảy ra theo xu hướng kia.
Sự vi phạm đối xứng thời gian trước đây đã được nhìn thấy ở những hạt gọi là kaon trung hòa bởi thí nghiệm CPLEAR tại CERN, nhưng phép đo đó không trực tiếp vì thí nghiệm đó không có khả năng phân biệt sự vi phạm đối xứng thời gian với sự vi phạm đối xứng CP, và lời giải thích của những kết quả đó mang đến một số chỉ trích. Thật khó thiết lập các điều kiện phòng thí nghiệm để có thể nhìn thấy sự vi phạm đối xứng đảo chiều thời gian, nhưng thí nghiệm BaBar đúng là nơi lí tưởng cho một phép đo trực tiếp, rõ ràng.
Michael Roney, phát ngôn viên của thí nghiệm BaBar và là giáo sư tại trường ĐH Victoria ở Canada cho biết, “Dữ liệu BaBar là hết sức phong phú và tiếp tục đưa đến những kết quả quan trọng, ví dụ như sự kiểm tra rõ ràng và độc đáo như thế này của lí thuyết trường lượng tử. Khi chúng tôi tiếp tục nghiên cứu gần 100 phép đo từ BaBar khảo sát bản chất cơ bản của thời gian và vật chất, chúng tôi hài lòng là đã xác thực vững chắc thêm cho lí thuyết cơ sở này.”
Tham khảo: J. P. Lees et al. (BaBar collaboration), Physical Review Letters, Volume 109, Issue 21 (2012)
123physics (thuvienvatly.com)
Theo PhysOrg.com, SLAC
