Observan por primera vez la ruptura de simetría en el tiempo en las leyes de la Física

Artículo publicado el 19 de noviembre de 2012 en CSIC

Una investigación liderada por el Instituto de Física Corpuscular, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Valencia, ha obtenido evidencias de la ruptura de la simetría en el tiempo en las leyes de la Física. El hallazgo, que se publica hoy en la revista Physical Review Letters, ha contado con el apoyo de la colaboración internacional BaBar del laboratorio SLAC (Stanford Linear Accelerator Center, de sus siglas en inglés) del Departamento de Energía de Estados Unidos en la Universidad de Stanford (California).

El tiempo discurre inexorablemente. En la historia del universo y en los sistemas complejos, la evolución temporal está asociada al aumento de entropía. Dicho de otro modo, con el paso del tiempo, el desorden siempre crece a partir de una situación inicial más ordenada.

Tiempo © by Moyan_Brenn


Para explicarlo, podemos imaginar que vemos hacia atrás una película en la que un jarrón cae al suelo y se rompe en pedazos. Nos percataríamos muy rápido de que lo que observamos es imposible desde el punto de vista de las leyes físicas, porque sabemos que no es posible que los pedazos vuelen del suelo y se ordenen formando un jarrón. Y eso es porque desde nuestro punto de vista, “la flecha del tiempo” transcurre sin interrupción desde el pasado al futuro.

Ahora bien, para una partícula aislada, el paso del tiempo parece el mismo hacia delante y hacia atrás, es decir, su movimiento es reversible o temporalmente simétrico. Imaginemos que ahora vemos una película en la que aparece una bola de billar que choca contra una banda. Si no nos lo dicen, no seríamos capaces de saber si la proyección de la película va hacia delante o hacia atrás. Esto se debe a que, en ambos sentidos temporales, el movimiento de la bola de billar cumple las mismas leyes físicas. Este concepto se conoce como simetría bajo inversión temporal y nos dice que, en el mundo de las partículas, las teorías físicas son válidas tanto para un sentido de su movimiento como para su inverso, lo que equivale a decir que funcionan igual hacia delante como hacia atrás en el tiempo.

El tiempo tiene una dirección preferente

El investigador José Bernabéu explica: “La ruptura de la simetría temporal o simetría T en física de partículas está relacionada con la asimetría CP existente entre materia y antimateria, necesaria para generar el universo actual de materia en algún momento de su historia. La simetría C afirma que, sabiendo que a cada partícula de la naturaleza le corresponde una antipartícula con carga opuesta, las leyes de la física serían las mismas al intercambiar las partículas con carga positiva con las de carga negativa”.

También existe la simetría P, que señala que las leyes de la física permanecerían inalteradas bajo inversiones especulares, es decir, el universo se comportaría igual que su imagen en un espejo. Estas dos simetrías combinadas dan lugar a la simetría carga-paridad o simetría CP. En experimentos previos con partículas conocidas como mesones K y B, se observó que no se cumplía la simetría CP. El teorema CPT indica que, para cualquier sistema de partículas, las simetrías deben mantenerse equilibradas, es decir, si la simetría CP no se cumple, la simetría T tampoco.

El investigador Fernando Martínez-Vidal añade que “la clave para medir directamente la ruptura de la simetría T nos la dio el experimento BaBar del SLAC, que fue diseñado para el estudio en profundidad de la asimetría entre materia y antimateria”.

Entre 1999 y 2008, en el acelerador de partículas del SLAC, se produjeron más de 500 millones de mesones B, y sus contrapartidas de antimateria llamados B-bar. Así, los científicos observaron cómo estas partículas incumplían la simetría CP. El problema para observar la ruptura de la simetría T residía en que los mesones B se desintegran irreversiblemente en pocas billonésimas de segundo, impidiendo invertir su situación inicial y final. La solución se ha encontrado mediante la correlación cuántica entre los dos B, que permite que la información de la partícula que se desintegra primero se utilice en ese momento para determinar el estado de su partícula compañera que aún vive. Los investigadores han descubierto que el estado de este último mesón B se transforma en otro unas seis veces más a menudo en un sentido que en el inverso.

Bernabéu aclara: “Este hecho demuestra inequívocamente la ruptura de la simetría bajo inversión temporal en las leyes fundamentales de la Física. Estos resultados son tan contundentes que la probabilidad de que sean una casualidad es similar a la de obtener la misma cara de un dado al lanzarlo 55 veces seguidas, 14 sigma en lenguaje estadístico”. Los físicos de partículas consideran que a partir de 5 sigma se trata de un descubrimiento.

La investigación cuenta con el apoyo del Ministerio de Economía y Competitividad, a través del Programa Nacional de Física de Partículas, y de la Generalitat Valenciana, a través del Programa de Excelencia Prometeo.


Artículo de Referencia: J. P. Lees et al. Observation of time-reversal violation in the B^0 meson system. Phys. Rev. Lett. 109, 211801 (2012)

Fecha Original: 19 de noviembre de 2012
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Comments (30)

  1. alguien me puede explicar la gran conclusión de este descubrimiento….

    se me ocurre pensar que talvez implica que la idea de que el tiempo podria estar transcurriendo a la inversa (fuimos viejos y luego mas jovenes) sin darnos cuenta quedaría descartada con esto, o no?

    • Zephyros

      Me da la impresión que la ruptura de la simetría temporal lo que significa es que las Leyes de la Física no son simétricas respecto si el tiempo va en un sentido como si va en el opuesto, tal y como se pensaba. Parece ser que el tiempo, para cada sistema o para cada partícula, sí avanza en un sentido preferencial: palante!

      • Fandila

        Creo que el sentido del tiempo atrás o adelante, excepto en el vacío cuántico, dependerá de si la evolución es inflacionaria o de concentración. En ambos casos si se admite la energía de vacío como su causa (De expansión y gravedad), el caos del vacío significa el equilibrio y su tiempo será indiferente hacia atrás o hacia adelante.
        Expansión y gravedad no son equivalentes sino complementarias en el equilibrio existencial. En un mismo presente pueden darse ambas y de hecho se dan. Distintas aglomeraciones hasta el agujero negro y evolución expansiva global.
        Ambos tiempos vienen a ser cosas distintas. Relativamente, el expansivo tiende a ralentizarse, lo contrario del de la concentración. Si la expansión significa la creación progresiva de estructuras, la concentración la tendencia a unos límites de fragmentación.
        Formalmente las leyes del tiempo hacia atrás y hacia adelante no significan lo mismo. Serían inversas la una de la otra, contrarias entre sí. Pero existencialmente serían equivalentes.

        • Zephyros

          Tal y como hablas del tiempo da la impresión que consideras que el tiempo tiene entidad y que de alguna manera hay un tiempo que pasa para todo, en un sentido u otro. Eso está más cerca del tiempo absoluto de Newton que del relativo de Einstein. Al menos esa impresión me da al leerte Fandila.

          Como para mi el tiempo es la forma que tenemos (mediante patrones: reloj) de ordenar la secuencia de sucesos marcados, eso si, por el inexorable aumento de entropía pues que el universo se expanda o se concentre pues no deja de ser un suceso tras otro, así que no creo que el tiempo vaya en ningún otro sentido porque no creo que el tiempo tenga entidad, como digo son sucesos encadenados por causalidad y nuestra mente necesita compararlos con un patrón para no llegar tarde al trabajo mayormente :D

    • Adios a los viajes en el tiempo…

  2. Rafael

    Hay un detalle curioso cuando se dice que la “flecha del tiempo transcurre del pasado al futuro”…
    Y mi pregunta es : donde esta el observador que es capaz de ver simultaneamente pasado-futuro…..
    Creeo que es mejor decir ….transcurre del “presente al futuro”….pues vivimos en la dimencion del presente, por lo tanto “no podemos ver” ni el pasado ni el futuro; solo nos movemos en la configuracion presente a lo que creemos es el futuro

    • Zephyros

      Nuestro tiempo si. Pero la flecha del tiempo no es nuestro tiempo. Podemos recorrer una película hacia delante y hacia atrás, nada de lo que ocurre en la película es presente (obviando su reproducción). y en dicha película identificamos la flecha del tiempo, o cómo la línea temporal avanza desde un fotograma a otro posterior, del pasado al futuro.

      El ejemplo clásico del vaso roto reproducido hacia delante o hacia atrás. Esa es la flecha del tiempo, el sentido en el que discurre la línea temporal.

  3. reneco

    “Para una partícula aislada, el paso del tiempo parece el mismo hacia delante y hacia atrás”, habría que hacer algún tipo de precisión respecto a esto porque para una partícula aislada el tiempo no existe, lo que define el tiempo es el observador y en la mecánica cuántica el observador define las propiedades de las partículas observadas, por tanto el observador interfiere en el comportamiento de la partícula aislada formando un sistema partícula-observador que hace que no tenga sentido hablar de “partícula aislada”.
    Desde un punto de vista cognitivo el tiempo no existe, las cosas ocurren en un presente continuamente cambiante en el que el pasado son explicaciones de nuestro presente y el futuro son expectativas de cambio para nuestro presente, así el pasado y el futuro son inalcanzables desde nuestro presente

    • OzzyBulla

      Además, Reneco, sabemos que en el largo plazo toda partícula terminará por desintegrarse en algún punto de un futuro. Entonces, la supuesta simetría T de una partícula aislada (o sea, que no podemos observar, como bien dices) solo es teóricamente válida como la bola de billar en la mesa: en unos límites muy acotados de tiempo; antes de que las termitas se coman la mesa y el estado cinético de la bola deje de ser indiferente si la película va hacia adelante o hacia atrás.
      Siempre me ha parecido que una simetría que solo se cumple bajo estrictas condiciones no es una simetría sino el resultado de esas condiciones

      • Dr. Sánchez

        ¿Perdón? xD

        ¿De dónde sale eso de “toda partícula terminará por desintegrarse”? Eso es una hipótesis y de algunos modelos. Aparte que ni siquiera es aplicable al modelo estándar en escenarios muy concretos (o igual estoy yo ahora tonto, pero el modelo estándar no tiene más matrimonio que el de conveniencia con el Bibán).

        • OzzyBulla

          ¿Y que la materia sea eterna no es acaso una hipótesis? Y yo creo que el modelo estándar (y toda la MC) ni siquiera tienen matrimonio de conveniencia con el mundo macro; solo se saludan para no poner incómoda al resto de la concurrencia.

        • reneco

          Creo que se refiere a la vida media de las partículas que es el promedio de vida que tienen las partículas, es una medida estadística del tiempo que transcurre antes de que la partícula se transforme (desintegre) por ejemplo el neutrón tiene fuera del núcleo una mida media de 885,7 segundos de ahí se transforma en un protón +electrón+ neutrino, algunas partículas se consideran estables, pero si hay un dato empírico es que nada en el tiempo permanece inmutable

          • Dr. Sanchez

            Sí, sí, nada que objetar a ambos, me limitaba a enmarcar las cosas en su justo nivel: especulaciones e hipótesis puras y duras. Hacer una hipótesis sobre datos empíricos reales, claros, y obvios, es siempre un ejercicio arriesgado, hacer una hipótesis sobre una hipótesis sobre una hipótesis sobre una teoría de una conjetura de un modelo de una idea de un paradigma hibridado con 3 paradigmas más, es columpiarse con tirabuzones y no se le ve mucha utilidad.

            Aparte del ejercicio neuronal, claro, que nunca está de más.

          • Fandila

            Si la partícula se desintegra su tiempo como unidad material no tiene sentido sino el tiempo de todos sus fragmentos.
            Habría que considerar la partícula como un sistema de elementos para seguir hablado de “su tiempo”. En otro orden se podría hablar de su información fragmentaria, en el sentido de que si se pudieran invertir las condiciones volvería a formarse (Algo así como modificar todo el universo a las condiciones inicisales de la partícula).

  4. ¡El Tiempo! Dichoso dilema que los humanos no acabamos de encajar y del que hablamos sin tregua. Nadie ha sabido todavía explicar lo que es el Tiempo y, todos damos una opinión del mismo que, unas veces coincide y otras no.

    Rafael nos comenta sobre lo que dicen y también pregunta:

    “Hay un detalle curioso cuando se dice que la “flecha del tiempo transcurre del pasado al futuro”…

    Y mi pregunta es : donde esta el observador que es capaz de ver simultaneamente pasado-futuro…..”

    Habría algunas respuestas para ello y, una de ellas, podría ser que, en realidad, nosotros vivimos en un presente que está cargado de pasado y también de futuro, es un tiempo que, aunque siempre transcurre hacia adelante, no deja de tener en “nuestro tiempo”, una parte de pasado y otra de futuro. Cuando comencé a escribir era pasado, y a medida que mis dedos se mueven entran en el futuro que, al instante, se hace presente…

    ¡Qué complejidad!

    En cuanto a todo lo demás, son cosas de la extraña mecánica cuántica que, ¿quién la comprende del todo? Cuando entramos en su ámbito infinitesimal, nuestras perspectivas cambian y son ¡tan diferentes! a la de nuestro mundo cotidiano.

    En fin, seguiremos tratando de saber lo que el Tiempo es y, si alguna vez se aclara su relación con la simetría que, de alguna manera es una guía a seguir.

    Saludos.

    Nadie nunca ha podido contemplar, ningún observador lo hizo, que el tiempo pasado pudiera regresar y, sólo el Tiempo futuro se nos viene encima de manera inexorable y que nos habla de esa flecha del tiempo que sólo anda hacia el futuro y, lo que pasó, sólo es cosa de la memoria, de la historia.

  5. Quería decir:

    “cuando comencé a escribir era presente, que rápidamente se hizo pasado, y a medida que mis dedos se muevían entraba en el futuro que, al instante, se hace de nuevo presente… y así, podríamos seguir y seguir en una sucesión infinita de los bucles temporales en los que podemos estar presentes sin…salir de nuestro presente.

    • Fandila

      No entiendo como el caos primigenio podría ser más ordenado que el presente.

      • Zephyros

        Hola Fandila, el tema de ordenado supongo que lo dices por la entropía y su constante aumento desde los inicios del Cosmos y la actualidad.

        Siendo precisos la definición de entropía no es el desorden en sí, sino el nº de microestados posibles de un sistema de partículas, es una función estadística. Resulta que si el volumen es reducido el nº de microestados, las posibilidades de que el sistema tenga una u otra configuración eran menores en ese caos primigenio que en el estado actual. Creo que por ahí van los tiros.

        • Fandila

          Así debe ser. Sin embargo si hemos de dar crédito a que el vacío sea un caos, en él prevalecerán las condiciones primigenias. De esa forma subsisten y coexisten en el presente ambas formas, la organización macro y el desorden del “vacío” para cualquier sistema. No creo que tenga mayor significación. Sólo se desordena lo que posee un orden, pero al mismo tiempo el orden se va creando si admitimos que la materia se crea constantemente.

  6. Crítico experto

    Si los sistemas planetarios y la misma mecánica cuántica sigue unas leyes ¿¿Qué nos hace pensar que el hombre tiene control de sus actos en el transcurrir del tiempo??

    Este estudio reafirma otro que leí hace poco, el equilibrio de materia y anti materia influye en la dirección de la flecha del tiempo, por lo tanto, se dice que podría existir un universo paralelo de antimateria donde transcurra lo mismo que nuestro universo pero de forma inversa, entonces allí nosotros nos preguntaríamos algo mas o menos como “¿En que momento el vaso se reconstruirá?”, en ese universo el pasado lo percibiríamos como futuro y viceversa.

    El tiempo es otra ilusión más del universo, ya lo dijo Einstein en su momento, lo que consideramos tiempo es simplemente un espejismo del movimiento. El tiempo no tiene dirección preferente y con los avances de Neurociencias han confirmado que las decisiones cerebrales preceden a la toma de consciencia de ellas, por lo tanto la realidad seria una pelicula, y nosotros seriamos los observadores que vemos como transcurre sin realmente poder influir de ninguna manera en ella.

    La intuición, deja vu, corazonadas y premoniciones serian los efectos de nuestra consciencia que se originan en las fluctuaciones cuánticas, que por medio de estas capacidades nos insinuaría que el futuro ya esta predeterminado.

    La mecánica cuántica es ciertamente abstracta e infumable, pero la verdad es que es la esencia misma de la naturaleza. La consciencia podría ser una ilusión accidental del caos de las partículas cuánticas donde materia y antimateria jugaban al mismo tiempo con todos los posibles universos y solo cuando apareció el primer observador se creó la realidad, lo que entonces nos preguntaríamos, ¿¿Quien crea la realidad el universo o el observador??

    • reneco

      La conciencia es un fenómeno que se monta en algunos sistemas complejos biológicos pero que poco o nada tiene que ver en el comportamiento de estos, lo que rige la conducta es la emoción y en el caso de los seres humanos ocupamos la razón para justificar o negar estas emociones, en cuanto a la realidad, hace tiempo que hay que despedirse de un concepto de realidad objetiva independiente del observador, toda la física actual apunta a que el observador altera el comportamiento de las propiedades de lo observado provocando un sistema recursivo observador y lo observado, a mi juicio aceptar estas condiciones ayudaría a salir del entrampamiento en el que se encuentra la física actual en la que se trata de describir un universo objetivo que esta afuera de nosotros sin tomar en cuenta las propiedades cognoscitivas que nos permiten definir ese universo. El pensar de manera recursiva no tiene por que ser una trampa mental

    • Dr. Sánchez

      ¿El simple hecho de que puedes poner fin a tu vida cuando quieras? xD. ¿Los hechos empíricos y demostrables empíricamente que los comportamientos humanos no son predecibles ni reproducibles en determinados escenarios, y no por propiedades físicas externas a la consciencia y voluntad humanas? xD.

      ¿Lo estúpidos que somos los humanos? xDD. Es difícil encontrar un sentido a nuestra estupidez en las leyes de la física: para caer y amontonarse según las contingentes leyes de la mecánica cuántica no es necesario que las piedras sean idiotas.

      Una cosa es ser juguetes de la naturaleza por ignorancia (y somos ignorantes hasta de lo que ignoramos), y otra muy diferente pensar que somos fantasmas, que es otra masturbación mental de la filosofía, siempre cultural, siempre buscando manipular (otra muestra más de que somos dueños de nuestros actos, no de que nuestros actos tengan sentido), que es el deporte favorito de los humanos, no lo olvides.

      • reneco

        yo no puedo poner fin a mi vida cuando quiero, hay una fuerza (emoción) que me empuja a seguir viviendo quiera o no quiera, al igual que los drogadictos que tratan de salir de su adicción y vuelven a caer en el consumo, la conciencia y la voluntad en la practica son meros espectadores de nuestro actuar, lo que rige el comportamiento de los seres biológicos son básicamente las emociones y estas determinan su adaptación al medio ambiente, desde una bacteria hasta el ser humano, si no ocurriera eso no estaríamos aquí por ejemplo si la emoción que empuja a la madre a cuidar a su hijo no existiera, muchas especies se extinguirían o la fuerza que empuja a una bacteria a dividirse se suprimiera provocaría la la desaparición de ese tipo de bacteria

        • Dr. Sanchez

          Perdón: poder, puedes. Claro que puedes. Otra cosa es que *quieras*. Pero puedes. En cualquier momento. Y esto rige para todo.

          • misterT

            ¿que demuestra esa potencialidad? es como si dijeras “una gato podría caminar en reversa” talvez si podría (iría contra su instinto) pero de nuevo ¿que demuestra esa potencialidad?

            • Dr. Sanchez

              Pues lo que todas las potencialidades: la capacidad. Si niegan la capacidad de algo de manera fantasmal, escamoteando la realidad última, el movimiento se demuestra andando como en la paradoja de Zenón (que no es ninguna paradoja, es un señor que se le desborda el buffer ante el concepto de transfinito por falta de mayores conocimientos). Alguien dice que en último término todo el comportamiento humano es poco menos que behaviourista (es decir, algorítmico, y de causalidad directa y cerrada), es decir, que no existe escenario para eso que se llama la libertad, lo cual es una forma extraña de ver las cosas, porque otra cosa no, pero grados de libertad nos salen por las orejas.

              No viene al caso, pero siempre me hizo muchísima gracia en fatalistas y otros de similar raza mental, eso de “está todo escrito de antemano y estás condenado a… (lo que sea)”. En puridad y buena lógica, quien de verdad cree en esas sandeces debería tirarse a la bartola y tocarse los huevos/el chirri, porque haga lo que haga, está todo preprogramado, ¿no? Ah, sí, pero no, bien que armaban ejércitos e iban al combate a despellejarse vivos.

              Si somos una risa los humanos…

              • Crítico experto

                Es difícil admitir que el ser humano no es dueño de sus propios actos, pero desde los 60 entre numerosos experimentos, los avances en genética y neurociencias, el libre albedrio ha quedado en tela de juicio.

                Nuestro comportamiento, esperanza de vida, atributos físicos, etc. esta programado en el ADN. Las acciones humanas están condicionadas por este además de su instinto animal, emociones y experiencia. En el momento de tomar una decisión el cerebro ya ha analizado y dado la orden de la acción a realizar, y momentos después nosotros creemos estas conscientes de haberla tomado .
                Esto sumado al Colapso de la función de onda, hace que tengamos que replantearnos una nueva cosmovisión del Universo y de nuestro lugar en el, lejos del materialismo objetivo y el creacionismo egocéntrico que lo único que nos ha traído ha sido una sociedad llena de opulencia, vanidad y avaricia.

                El tiempo solo es una ilusión más de las leyes de la naturaleza, pasado, presente y futuro solo son puntos distantes en una misma línea del tiempo ya prescrita por los diferentes estados de las particulas sin dirección de tiempo preferente (que es condicionada por la segunda ley de la termodinámica). Y es que la única constancia que tenemos del pasado son los recuerdos, grabados continuos “ahoras” creados por la creciente complejidad de las redes neuronales que crearían la percepción del movimiento clásico. Es la ilusión del “pasado” lo que nos hace conscientes, porque sin él no existiría el “yo”, y sin la conciencia no existiría observador, por lo tanto no habría realidad.

                Hay cada vez más renombrados físicos que se inclinan por la posibilidad de que el universo sea atemporal, en este instante los griegos estarían filosofando y nuestros tataranietos preguntándose acerca de cómo eran sus antepasados en sus respectivos “ahoras”. El universo sería un instante ilusorio eternizado por nuestra observación, seriamos nosotros los creadores del tiempo.

                Preguntarse acerca de que si esta predeterminado la estupidez humana no significa hallar una justificación para las atrocidades que cometemos, simplemente es entender mejor la realidad y a nosotros mismos. Asimilar y aceptar estos nuevos conceptos podría ayudar a prosperar la sociedad en crisis en la que vivimos, dejar atrás viejos prejuicios religiosos y ha desatascar la física actual.

                • Fandila

                  Nuestra mente crearía el tiempo, como el concepto que es. Pero los eventos ocurren, pasan y no vuelven, el tiempo real sería el distanciamiento de nuestro presente, algo tan virtual como su medida.

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