Language
Country/Area
No result found
Melanggar aturan ruang-waktu? Kemungkinan dan tantangan pelanggaran simetri CPT!
Simetri muatan (C), paritas (P), dan pembalikan waktu (T) memainkan peran kunci dalam hukum dasar fisika. Kombinasi kuanta ini membentuk simetri CPT, yang diyakini sebagai satu-satunya simetri tepat yang diamati di alam pada tingkat dasar. Menurut teorema CPT, semua teori medan kuantum lokal invarian Lorentz harus memiliki simetri ini. Dengan kata lain, jika ada alam semesta antimateri, cermin, dan waktu terbalik, hukum fisika harus sama persis dengan alam semesta kita. Klaim seperti itu menggugah pikiran: Berdasarkan konsep multisemesta, apakah ada alam semesta antimateri yang sebenarnya tidak dapat kita amati?
Sejarah
Teorema CPT pertama kali muncul pada tahun 1951, ketika Julian Schwinger mencoba membuktikan hubungan antara spin dan statistik. Pada tahun 1954, Gerd Lüders dan Wolfgang Pauli memberikan bukti yang lebih eksplisit, dan teorema tersebut terkadang disebut teorema Lüders–Pauli. Kemudian, John Stewart Bell juga membuktikan teorema ini secara independen.
Bukti-bukti ini didasarkan pada prinsip invariansi Lorentz dan lokalitas dalam interaksi medan kuantum.
Dengan penelitian pada akhir tahun 1950-an, para peneliti menemukan bahwa pelanggaran simetri P dalam interaksi lemah secara bertahap muncul. Pada saat yang sama, pelanggaran simetri C yang andal juga terjadi. Meskipun simetri CP pernah dianggap terpelihara, penelitian pada tahun 1960-an mengungkapkan bahwa keyakinan ini salah, dan simetri T juga ditemukan dilanggar berdasarkan invariansi CPT.
Penurunan Teorema CPT
Proses penurunan teorema CPT melibatkan pemahaman tentang pengangkatan Lorentz, yang dapat dilihat sebagai operasi memutar sumbu waktu ke sumbu Z. Jika parameter rotasi adalah bilangan riil, maka rotasi 180 derajat akan membalikkan arah waktu dan Z. Perubahan tersebut merupakan refleksi ruang untuk setiap dimensi ruang.
Dengan menggunakan teori Feynman-Stuckelberg, kita dapat menganggap antipartikel sebagai padanannya yang berjalan dalam waktu terbalik.
Interpretasi ini memerlukan sedikit kelanjutan analitik dan hanya didefinisikan dengan baik jika asumsi berikut berlaku: teori tersebut invarian Lorentz, vakum invarian Lorentz, dan energi dibatasi ke bawah. Ketika kondisi ini berlaku, teori kuantum dapat diperluas ke teori Euklides. Karena hubungan komutasi antara operator Hamiltonian dan generator Lorentz, invariansi Lorentz dijamin setara dengan invariansi rotasi, sehingga keadaan apa pun dapat diputar 180 derajat. Fakta ini dapat digunakan untuk membuktikan teorema statistik spin.
Konsekuensi dan Implikasi
Arti penting simetri CPT adalah bahwa "cermin" alam semesta kita akan persis sama dalam hal hukum fisika, yaitu, informasi posisi semua objek akan diatur melalui refleksi di titik mana pun, semua momentum akan terbalik, dan semua materi akan digantikan oleh antimateri.
Transformasi CPT mengubah alam semesta kita menjadi "bayangan cermin" dan sebaliknya.
Oleh karena itu, simetri CPT dianggap sebagai fitur mendasar dari hukum fisika. Untuk mempertahankan simetri ini, pemutusan simetri dari dua komponen (seperti CP) harus sesuai dengan pemutusan komponen ketiga (seperti T). Dan secara matematis, keduanya sama. Pelanggaran simetri T sering disebut pelanggaran CP. Perlu disebutkan bahwa teorema CPT dapat digeneralisasi untuk mempertimbangkan kelompok paku dalam kondisi tertentu. Pada tahun 2002, Oscar Greenberg menunjukkan bahwa dalam asumsi yang wajar, pelanggaran CPT menyiratkan pelanggaran simetri Lorentz.
Fenomena yang terkait dengan pelanggaran CPT diprediksi oleh beberapa model teori superstring dan beberapa model teori medan kuantum di luar partikel titik. Beberapa ilmuwan percaya bahwa dimensi kompak seperti ukuran alam semesta juga dapat menyebabkan pelanggaran CPT, sementara teori non-unit, seperti lubang hitam, yang melanggar unitaritas, juga dapat melanggar CPT. Perlu dicatat bahwa medan dengan putaran tak terbatas dapat melanggar simetri CPT. Sejauh ini, sebagian besar eksperimen pada pelanggaran Lorentz belum menghasilkan hasil positif, dan pada tahun 2011 Kosteltsky dan Russell melakukan analisis statistik terperinci dari hasil ini.
Dengan eksplorasi lebih lanjut mengenai simetri CPT dan pelanggarannya, kita mungkin dapat mengungkap misteri alam semesta yang lebih dalam. Namun dalam proses ini, bagaimana sains akan menantang gagasan dan posisi tradisional?
