Language
Country/Area
No result found
Pengaruh misterius CPT pada aturan alam semesta: Apakah alam semesta kita benar-benar unik?
Dalam fisika, simetri CPT, yaitu konjugasi muatan (C), simetri kuark (P), dan pembalikan waktu (T), merupakan simetri fundamental berdasarkan semua hukum alam. Simetri ini dianggap sebagai satu-satunya simetri absolut pada tingkat fundamental. Menurut teorema CPT, simetri CPT berlaku untuk semua fenomena fisika, yang berarti bahwa setiap teori medan kuantum lokal dengan invariansi Lorentz dan Hamiltonian Hermitian harus memiliki simetri CPT.
"Simetri CPT merupakan hukum alam yang mendalam dan indah yang menyingkapkan struktur alam semesta dan batas-batas operasinya."
Latar belakang sejarah
Teorema CPT pertama kali muncul pada tahun 1951, dan konsep simetri tersirat dalam karya Julian Schwinger. Kemudian, pada tahun 1954, Hertha Lüders dan Wolfgang Pauli memberikan bukti yang lebih eksplisit, sehingga teorema tersebut terkadang disebut teorema Lüders–Pauli. Pada saat yang sama, John Stuart Bell secara independen membuktikan teorema tersebut.
Bukti-bukti ini didasarkan pada prinsip invariansi Lorentz dan lokalitas. Kemudian, pada tahun 1958, Les Jost memberikan bukti yang lebih umum dalam kerangka teori medan kuantum yang dipostulatkan. Dengan pendalaman penelitian, para ilmuwan telah menemukan bahwa pelanggaran simetri P terjadi pada fenomena yang terlibat dalam interaksi lemah, dan kasus pelanggaran simetri C juga umum terjadi. Awalnya, simetri CP dianggap tidak dilanggar, namun pada tahun 1960-an juga ditemukan bahwa pernyataan ini tidak benar, yang berarti bahwa menurut invariansi CPT, simetri T juga dilanggar.
Penurunan teorema CPT
Jika mempertimbangkan gaya angkat Lorentz dalam arah tetap z, ini dapat diartikan sebagai rotasi sumbu waktu ke sumbu z, disertai dengan parameter rotasi imajiner. Jika parameter ini benar, rotasi 180° akan membalikkan arah waktu dan z. Dalam dimensi apa pun, pembalikan sumbu merupakan refleksi ruang. Proses ini dapat dijelaskan menggunakan antipartikel Feynman–Stueckelberg sebagai partikel yang sesuai yang bergerak dalam waktu terbalik. Penjelasan ini memerlukan sedikit kelanjutan analitis, yang jelas berdasarkan asumsi berikut: teori tersebut invarian Lorentz; vakum invarian Lorentz; dan batas energi bawah dibatasi.
Jika kondisi di atas berlaku, teori kuantum dapat diperluas ke teori Euklides dengan mengubah semua operator menjadi waktu imajiner. Hubungan komutasi antara generator Hamiltonian dan Lorentz memastikan bahwa invariansi Lorentz berarti invariansi rotasi, sehingga setiap keadaan dapat diputar 180 derajat. Menurut refleksi CPT, fermion akan berubah tanda di bawah dua refleksi CPT, tetapi boson tidak. Properti ini dapat digunakan untuk membuktikan teorema spin-statistik.
Konsekuensi dan Implikasi
Arti dari simetri CPT adalah bahwa jika ada "bayangan cermin" dari alam semesta kita, posisi semua objek dipantulkan melalui titik sembarang (sesuai dengan inversi simetris), semua momentum dibalik (sesuai dengan pembalikan waktu), dan semua materi Digantikan dengan antimateri (sesuai dengan pembalikan muatan), alam semesta seperti itu juga akan berevolusi menurut hukum fisika yang sama. Transformasi CPT mengubah alam semesta kita menjadi "bayangan cermin" dan sebaliknya. Oleh karena itu, simetri CPT diakui sebagai properti dasar hukum fisika.
Untuk mempertahankan simetri ini, setiap pelanggaran simetri dua komponennya (misalnya CP) harus memiliki pelanggaran yang sesuai pada komponen ketiga (misalnya T); memang, secara matematis, ini adalah hal yang sama. Oleh karena itu, pelanggaran simetri T sering disebut pelanggaran CP. Teorema CPT dapat digeneralisasi untuk mempertimbangkan kasus untuk grup pin. Pada tahun 2002, Oscar Greenberg menunjukkan bahwa, dengan asumsi yang wajar, pelanggaran CPT menyiratkan pelanggaran simetri Lorentz.
Beberapa model teori string, serta beberapa model di luar teori medan kuantum partikel titik, dapat mengharapkan pelanggaran CPT. Pelanggaran invariansi Lorentz tertentu yang diusulkan, seperti dimensi kompak dengan dimensi kosmologis, juga dapat menyebabkan pelanggaran CPT. Lebih jauh, teori non-unit, seperti usulan bahwa lubang hitam melanggar unitaritas, juga dapat melanggar CPT karena poin teknisnya adalah bahwa medan dengan spin tak terbatas dapat melanggar simetri CPT. Sejauh ini, sebagian besar deteksi eksperimental pelanggaran Lorentz bersifat negatif. Pada tahun 2011, Kostelecky dan Russell melakukan statistik terperinci mengenai hasil ini.
Kita mungkin bisa memperoleh wawasan baru tentang cara kerja alam semesta dari simetri CPT, tetapi apa makna terdalamnya? Apakah ini berarti bahwa alam semesta kita hanyalah salah satu dari kemungkinan alam semesta yang tak terbatas jumlahnya?
