Los investigadores de la Universidad de Griffith están llevando a cabo un experimento en ANSTO que pondrá a prueba una teoría física revolucionaria de que la ruptura de la simetría de inversión del tiempo por los neutrinos podría causar una dilatación del tiempo en la escala cuántica.

Con el apoyo del Instituto Nacional de Medición (NMI), El profesor Erik Streed necesitaba una fuente de antineutrinos y algunos relojes atómicos para llevar a cabo un experimento preliminar que probaría la validez de una nueva teoría cuántica del tiempo desarrollada por su colega de la Universidad de Griffith, el profesor Joan Vaccaro.

Una teoría cuántica del tiempo

Vaccaro es un físico teórico consumado, quien ha desarrollado una teoría fundamental que pone el tiempo y el espacio en pie de igualdad.

La teoría propone que las dinámicas que observamos en todas partes como cambios que ocurren a lo largo del tiempo no son partes fundamentales de la naturaleza, sino que emergen fenomenológicamente debido a violaciones de la simetría temporal.

Es revolucionario porque si es correcto, cambiará la forma en que pensamos sobre el tiempo y el espacio, así como las leyes fundamentales, como la conservación de la masa.

Una fuente de neutrinos para probar la teoría.

Tras la publicación de la teoría en 2016, Vaccaro propuso que se podría realizar un experimento con un reactor nuclear para probar la teoría.

Una fuente local de infracción de tiempo a escala cuántica podría contribuir a la cantidad neta de infracción de tiempo y, de este modo, modificar la dinámica localmente.

El reactor OPAL produce una vasta corriente de antineutrinos que se mueven ilesos a través de la materia, ya que interactúan solo de manera extremadamente débil con ella.

La evidencia de que los neutrinos exhiben una violación de la simetría del tiempo ha ido en aumento en los últimos años y actualmente se encuentra en un 99,7% de certeza.

El experimento probará la teoría porque los antineutrinos producidos por el reactor representan un campo de violación de tiempo que tiene una caída de la ley del inverso del cuadrado con la distancia desde el núcleo.

La teoría predice que el tiempo acumulado por un reloj depende de la cantidad de tiempo de violación en su región local.

Se predice que un reloj colocado cerca del núcleo del reactor perderá sincronicidad con el reloj más distante.

Esto significa que uno de los relojes de prueba cerca del reactor, puede mostrar dilatación temporal, o diferencia en el tiempo transcurrido, en comparación con un reloj a poca distancia.

"Los cálculos de mi colega sugieren que los neutrinos pueden tener un mayor impacto en el tiempo de lo que creemos, ", dijo Streed." Sería muy sorprendente de hecho si los neutrinos interactuaran con la materia sobre la base del tiempo en lugar de solo la fuerza nuclear débil ".

La configuración experimental

Tras una exitosa presentación de la propuesta al Centro Australiano de Dispersión de Neutrones, los investigadores viajaron a ANSTO para instalar dos estaciones de cronometraje con relojes atómicos en las proximidades del reactor, donde recopilarán datos durante seis meses.

Los relojes atómicos se utilizan en pruebas de física fundamental para detectar pequeños efectos en la escala cuántica debido a su extraordinaria exactitud y precisión. que se acerca a partes en 10 ¹⁷ -hasta 10 ¹⁹ para los mejores relojes.

Dr. Michael Wouters, quien dirige los Estándares de Tiempo y Frecuencia en el Instituto Nacional de Medición en Sydney, está colaborando en el experimento.

NMI proporcionó los relojes atómicos y desarrolló los sistemas de medición que son esenciales para el experimento.

En este experimento inicial, Se utilizan relojes de alta precisión disponibles comercialmente. En una versión mejorada del experimento se utilizarían relojes con un rendimiento mucho mejor.

Una estación de cronometraje se coloca a unos cinco metros del reactor, mientras que la estación de referencia se encuentra a 10 metros del reactor.

Cada estación comprende un reloj primario de cesio, tres relojes secundarios y los sistemas de medición utilizados para comparar los relojes a menos de una milmillonésima de segundo.

Era importante que los relojes estuvieran sujetos a neutrinos en un entorno exactamente en las mismas condiciones físicas porque no son completamente inmunes a los cambios, como la temperatura ambiente.

Los relojes de cesio están contenidos en cajas beige de aspecto bastante ordinario protegidas por una barra que actúa como una barrera contra alguien que golpea.

Wouters explicó que el experimento no implica mediciones individuales, sino promediar el tiempo óptimo para cada tipo particular de reloj para obtener la mejor medición posible.

El hecho de que el reactor se apague periódicamente por mantenimiento proporciona una ventaja, en eso, proporciona un control predecible para el experimento, cuando los dos juegos de relojes deberían estar funcionando a la misma velocidad.

Esta sería una demostración experimental más convincente del efecto de dilatación del tiempo propuesto.

Cualquier resultado o límite del experimento del reactor se comparará con los cálculos de las incertidumbres en el movimiento observado de los planetas y otros objetos que orbitan alrededor del sol. que se predice que se verán afectados de manera similar por el flujo de neutrinos solares.

"Independientemente del resultado, parte del experimento consiste en adquirir experiencia en el entorno en el que tenemos que trabajar, que no es un entorno controlado como nuestros laboratorios, "dijo Wouters.

"Las condiciones operativas nos ayudarán a identificar y caracterizar las fuentes de error potencialmente relevantes de una variedad de condiciones ambientales, ayudándonos a diseñar una versión mejorada del experimento, "añadió.

La medida del éxito

Streed dijo que si el experimento tiene éxito, proporcionará un "número" de cuán grande es el efecto cuántico en el tiempo.

"Y si el efecto se produce a nivel del reactor, tendríamos que validarlo en otros reactores nucleares y luego buscar el efecto en otros lugares, como datos orbitales planetarios, " él dijo.

"Desde una perspectiva científica, es un riesgo increíblemente alto debido a las incógnitas, "dice Streed.

Pero es claramente un riesgo que Streed y Vaccaro están dispuestos a correr debido a su trascendental importancia si la evidencia experimental apoya la teoría.

En todo caso, el tiempo dirá.