Действительно ли грушевидные ядра имеют какое-то отношение к путешествиям во времени?

В последнее время (в последнюю неделю или две) появились различные статьи о ядрах грушевидной формы, например, эта от Science Alert и эта от BBC.

Статья Science Alert включает цитату

Мы обнаружили, что эти ядра буквально указывают направление в пространстве. Это относится к направлению во времени, доказывая, что существует четко определенное направление во времени, и мы всегда будем путешествовать из прошлого в настоящее.

и далее,

Какое отношение все это имеет к путешествиям во времени? Это довольно странная гипотеза, но Шек говорит, что это неравномерное распределение массы и заряда заставляет ядро ​​бария-144 «указывать» в определенном направлении в пространстве-времени, и это смещение может объяснить, почему время, кажется, хочет идти только из прошлого. представить, а не наоборот, даже если законам физики все равно, в какую сторону идти.

Они также ссылаются на копию статьи на Arxiv .

Бумага висит у меня над головой, так что я не могу ничего сделать, кроме сканирования, но, кажется, там не упоминается о путешествиях во времени.

Имеют ли смысл эти утверждения о путешествиях во времени? И если да, то почему они имеют смысл? Какое отношение имеет направление, в котором указывает ядро, к «направлению времени»?

... и, как показывает эта ссылка, новости, на которые вы ссылаетесь, кажутся мне определенно захватывающими дух. В статье 2013 года, вызвавшей этот вопрос , уже имелось экспериментальное подтверждение существования грушевидных ядер, и в то время об этом широко сообщалось (в научных новостях).

Ответы (3)

Честно говоря, многое из этого кажется очень безответственной журналистикой, частично со стороны BBC и в значительной степени со стороны Science alert.

Если вы ищете доступный ресурс о том, что делает статья, обложка APS Physics и статья phys.org гораздо более уравновешены и, я думаю, гораздо более соразмерны тому, что на самом деле сообщается в статье.

Сама статья очень умеренна в своих утверждениях и очень хорошо ограничивается, насколько я могу судить, тем, что они обнаружили: некоторые ядра радия и бария кажутся грушевидными. Обнаружение грушевидных ядер не ново ( похожая статья ( eprint ) попала в новости в 2013 году и обсуждалась на этом сайте здесь ), хотя Bucher et al. кажется, нашли намеки на несоответствие с теорией в отношении того, насколько грушевидными выглядят эти ядра. Однако это не тот уровень статистической значимости, который потребовал бы какого-либо переосмысления теории в настоящее время.

Важно отметить, что грушевидные ядра действительно согласуются со Стандартной моделью физики элементарных частиц. Грушевидные ядра представляют собой некоторую проблему, потому что их форма имеет направление , то есть вы можете нарисовать вектор, который начинается с плоского конца и указывает на заостренный конец (назовем его грушевидным вектором). п → ). (Альтернатива, ядро ​​в форме мяча для регби, имеет ось, но не имеет предпочтительного направления на этой оси.) Из соображений симметрии этот грушевидный вектор п → должен быть на той же оси, что и вращение ядра С → , но эти симметрии не говорят вам, в какую сторону они должны указывать, поэтому вы получаете две разные версии одного и того же ядра:

Код Mathematica для этого изображения через Import[" http://goo.gl/NaH6rM "][" http://i.stack.imgur.com/HLcYp.png "], CC BY-SA со ссылкой на эту страницу.

В зеркально-симметричной теории ядерной физики оба этих ядра должны быть полностью эквивалентны (и, в частности, иметь одинаковую энергию), потому что они являются зеркальными отображениями друг друга. В этой статье (и в 2013 году Гаффни и др.) обнаружено, что есть ядра, для которых это не так, и эти два ядерных состояния имеют разные энергии: основное состояние — это состояние «груши», а не состояние «анти». -груша" один.

К счастью, это не проблема: на самом деле с 1956 года мы знаем , что ядерная физика не является зеркально симметричной, т. е. не инвариантна относительно оператора четности п . Однако, к счастью, существует родственная симметрия, которая компенсирует слабину, и это симметрия зарядового сопряжения. С , который переводит материю в антиматерию и наоборот. Большая часть Стандартной модели, в том числе множество ядерно-физических экспериментов, С п симметричный: если взять зеркальную версию эксперимента и вдобавок поменять местами все частицы на их античастицы, то физика останется той же.

Однако, С п нарушения по-прежнему совместимы со Стандартной моделью и уже наблюдались экспериментально. С другой стороны, известная С п нарушений на самом деле недостаточно, чтобы объяснить баланс материи и антиматерии во Вселенной (известный как загадка бариогенеза ), который не объясняется Стандартной моделью, поэтому любой за пределами СМ С п нарушение является хорошим местом для поиска решения проблемы бариогенеза.

Существует также большая и сильная симметрия, которая возникает, когда вы комбинируете С п инверсия с инверсией времени Т чтобы получить то, что называется С п Т трансформация. Из-за очень основных фактов о пространстве-времени все разумные физические теории должны быть С п Т симметричный. Это одна из причин С п нарушения настолько интересны: они указывают на микроскопические нарушения симметрии обращения времени.

Так какое же отношение имеет рассматриваемая статья ко всем этим общим положениям? Авторы подтвердили существование п нарушений, уже наблюдались, и они нашли намеки на то, что эти нарушения - грушевидность грушевидного ядра сильнее существующей теории. Однако они не сравниваются с теорией ab-initio (т. е. они сравниваются с приближенными теоретическими моделями, поэтому ошибка может заключаться в сделанных ими приближениях) и, цитируя обсуждение статьи,

большая неопределенность настоящего результата не позволяет углубляться в детали.

Так как же мы попали оттуда в путешествие во времени? Вот где вам нужно большое количество журналистского «креатива», чтобы соединения работали. Часть APS Physics ясна и по делу, и она хорошо демонстрирует понимание ограничений статьи.

С другой стороны, пресс-релиз из Университета Западной Шотландии уже довольно затаил дыхание. Они подробно цитируют (предположительно, прямое интервью) доктора Шека, но я думаю, что его утверждение, что

Далее протоны обогащаются в выпуклости груши и создают в ядре специфическое распределение заряда, которого не должно быть согласно принятой в настоящее время модели физики.

немного преувеличивает довольно скромные требования статьи (см . выше ). Доктор Шек продолжает утверждать, что

Мы обнаружили, что эти ядра буквально «указывают» направление в пространстве. Это относится к направлению во времени, доказывая, что существует четко определенное направление во времени, и мы всегда будем путешествовать из прошлого в настоящее.

но, как и Джон Ренни, я изо всех сил пытаюсь понять, как он связывает (известные, возможно, более сильные, чем принято) п нарушение, которое они обнаружили, к подтверждению Т нарушение, не говоря уже о связи этого с путешествием во времени.

Исходя из этого, статья BBC предлагает очень немногое по сравнению с пресс-релизом UWS, и это довольно плохой знак — хотя BBC действительно часто предоставляет отличный научный контент, эта статья, по сути, представляет собой переработанный пресс-релиз с поднятой на одну ступень шумихой. и я не могу не отметить, что подобные вещи были указаны как одна из причин более серьезных проблем, с которыми сталкивается наука в настоящее время.

С другой стороны, статья Science Alert (также синдицированная на RedOrbit и Business Insider) идет немного дальше в области изворотливой журналистики. В частности, он ошибочно идентифицирует интервью Шека как интервью Би-би-си, а не пресс-релиз, и цитирует пару прошлогодних историй , но это звучит так, как будто это цитаты экспертов, опрошенных по поводу недавней газеты. Помимо этого, это похоже на переработанный фрагмент с поднятой на три ступени шумихой.

Если вы хотите шумихи, тогда идите к пресс-релизу - это его работа. Если вы хотите трезво оценить последствия работы, перейдите к части APS Physics или к статье phys.org , которые ясно дают понять, что есть несколько последствий, выходящих за рамки ядерной физики - если действительно результат выдерживает испытание точным измерение.

Это С -нечетно, потому что переход на антипротоны дал бы противоположный знак октупольного момента. Заметим, что рассматриваемое ядро ​​является четным, поэтому деформация наблюдается в 0 + основном состоянии, что несколько усложняет анализ.
Да, это звучит разумно. Как перейти к полной экспериментальной демонстрации С п нарушение же? Ты знаешь что п | п е а р ⟩ знак равно | а н т я п е а р ⟩ а также С п | п е а р ⟩ знак равно | п е а р ⟩ , но как получить экспериментальную проверку того, что связи слабой силы, которые сделали грушу основным состоянием, не переключаются на С все-таки сделать антигрушевое основное состояние, не заполучив антибария? Или я все неправильно понимаю? (Кажется, вы гораздо более компетентны, чем я или Джон, чтобы разобраться в деталях этого дела.)
Авторы подтвердили наличие Р-нарушения, уже наблюдаемые, и нашли намеки на то, что эти нарушения - грушевидность ядра грушевидности сильнее, чем существующая теория. Это не правильно. Здесь нет нарушения P. Ваш собственный ответ, сделанный несколько лет назад, является правильным анализом: physics.stackexchange.com/a/76340/4552 .
Из соображений симметрии этот грушевидный вектор P⃗ должен лежать на той же оси, что и спин ядра S⃗. Это также неверно. Статическая октупольная деформация (ваша П) выровнена по определенной оси в фиксированной к телу системе координат. Соображения симметрии требуют только, чтобы он был выровнен с вектором углового момента в лабораторной системе отсчета.
@ Бен Рад, что тебя поправили. (Кроме того, с возвращением!) Я до сих пор не уверен, деформированы ли фактические собственные состояния или симметричные/антисимметричные комбинации того и другого. Вывод, который я сделал из предыдущего цикла, заключался в том, что имело место взаимодействие с нарушением четности, которое выбирало одно из двух состояний в качестве основного состояния. Это правильный способ увидеть это? Какие состояния имеют грушевидную форму — только основное состояние, все состояния, только подмножество, ни одно из них? Если есть грушевидные собственные состояния, как это квадратично, если нет P-нарушения?
Что касается вашего второго комментария, не могли бы вы немного пояснить? Фиксированная рама для меня странная концепция в этой настройке QM. Насколько я понимаю, в конце концов это всего лишь количество типа п → ⋅ Дж → это важно, но я явно упускаю некоторые тонкости.
Люблю грушевую ось :)
Боюсь, оси вращения на вашем рисунке ориентированы неправильно на 90° — квантово-механический объект не может вращаться вокруг своей оси симметрии.
@rob Из второго комментария Бена я понимаю, что эта часть объяснения ошибочна, но я хотел бы исправить это, прежде чем редактировать. Какие именно ограничения накладываются на связь между ориентацией груши и угловым моментом? Являются ли эти собственные состояния и являются ли они отражательно-асимметричными? На диаграмме, которую вы предлагаете, обе стороны будут физически эквивалентны, что как бы сводит на нет точку, поэтому либо нет нарушения P (через механизм, который еще предстоит объяснить здесь), либо есть, и оно более тонкое (опять же еще предстоит быть объяснено).
Ваши формы в порядке. Если вы настроили оси вращения «вне страницы», а не «вверх», как сейчас, два состояния вращения — по часовой стрелке и против часовой стрелки. Если вы хотите думать об этом как об инверсии , пусть груша слева вращается по часовой стрелке вокруг оси, выходящей из страницы; трехмерная инверсия пространства меняет местами толстую и тощую части груши, меняет направление оси вращения на «в страницу», но оставляет неизменным направление вращения (по часовой стрелке, как мы видим).
@rob Нет, я этого не вижу. Если оси вращения направлены за пределы страницы, то 3D-инверсия переворачивает грушевидную ось, а направление вращения не изменяется; спин является псевдовектором и не инвертируется (поэтому он остается с направлением вращения, как и требуется). Перевернутое состояние идентично исходному по модулю поворота на 180° в плоскости страницы. Я не сомневаюсь, что это может быть правильно, но подразумевается, что собственные состояния P-симметричны, что еще предстоит явно рассмотреть специалисту по ядерной теории.
@EmilioPisanty Сравните с грушевидной молекулой монооксида углерода --- она ​​может вращаться вокруг двух осей, но не вокруг своей оси симметрии, о чем свидетельствует ее молярная удельная теплоемкость 5 2 р . Преобразование четности обменивается | ℓ , м ⟩ с | ℓ , − м ⟩ .
@rob Я не уверен, что CO - лучшая молекула для такого ядра - я думаю, что NH Бена 3 это гораздо лучшая модель, или, скажем, CH 3 Кл. Монооксид углерода «не вращается вокруг межъядерной оси», потому что его момент инерции относительно этой оси равен нулю, но для грушевидного ядра это обычно не так. В любом случае, он все еще может иметь промежуточный случай, когда вращение указывает на 45° от страницы, с противоположными проекциями вдоль п → .
Я всегда слышал это в первую очередь как аргумент симметрии и аргумент момента инерции как полуклассическую резервную копию. CH 3 Cl имеет тройную симметрию относительно оси C-Cl, которая непрерывна в CO и в груше, которую вы нарисовали. Но я предполагаю, что октупольный тензор может иметь достаточно степеней свободы, чтобы вращаться вокруг любой оси. Я спрошу у эксперта по октупольной деформации в следующий раз, когда поеду туда.
@rob Я не сомневаюсь, что есть аргументы в пользу симметрии, но я хотел бы увидеть надежное + доступное введение и убедиться, что я понимаю его, прежде чем редактировать.

Статьи немного истеричны, но я думаю, что они просто говорят, что нарушение СР-симметрии означает, что должно быть нарушение Т-симметрии.

Т-симметрия означает, что физические законы не изменятся, если мы реверсируем направление течения времени. Классические теории подчиняются Т-симметрии, и кажется интуитивно очевидным, что квантовая механика тоже. Но это не так. Мы уже давно знаем, что CP-симметрия нарушается, и по причинам, которые немного запутаны, это означает, что T-симметрия также должна быть нарушена. См., например , Какой эксперимент будет непосредственно проверять инвариантность обращения времени? .

Утверждение состоит в том, что наблюдение ненулевого октупольного момента для ядер (т.е. грушевидных) подразумевает, что СР-симметрия должна быть нарушена и, следовательно, должна быть нарушена Т-симметрия, но тогда мы уже знали это из других наблюдений, так что это не так. новый.

Мне также непонятно, почему нарушение Т-симметрии исключает путешествие во времени. Обычно мы обсуждаем путешествия во времени с точки зрения замкнутых времениподобных кривых (ЗВК), т.е. используя общую теорию относительности. У нас нет теории, объединяющей общую теорию относительности и квантовую механику, но было много предложений о том, как квантовая механика может предотвратить формирование CTC. Некоторые из них могут быть связаны с нарушением Т-симметрии, но навскидку я таких аргументов не знаю.

Я немного теряюсь при переходе от нарушения P к нарушению CP. Ядро, основное состояние которого имеет грушевидную форму с ненулевым спином, определенно является нарушением инвариантности по четности (поскольку его зеркальная версия имеет ту же форму, но противоположное вращение, которое должно иметь ту же энергию в инвариантной по четности теории), но кажется, что мне, что вам нужно посмотреть на его антиядро (та же система, но с антипротонами и антинейтронами) и посмотреть, в какую сторону вращается основное состояние, чтобы сделать вывод о наличии СР-нарушения. Но, может быть, я упустил какую-то важную часть физики СМ?
@EmilioPisanty: если честно, я тоже не уверен, но во многих статьях об этом конкретно упоминается нарушение CP.
Действительно, они это делают, но все они, кажется, исходят исключительно из интервью Шека в пресс-релизе UWS, что является большим шагом вперед по сравнению с довольно осторожными заявлениями газеты (на мой взгляд, не являющийся физиком-ядерщиком) и сдержанным APS Physics and Phys. резюме .org. Мне это кажется чистой рекламой.
Октупольные моменты С -нечетно, потому что переход на антипротоны изменил бы знак распределения заряда. Основное состояние Дж п знак равно 0 + , поэтому наблюдение ненулевого октупольного момента означает, что основное состояние содержит С -даже и С -нечетные термины.
Наблюдение ненулевого октупольного момента для ядер (т.е. грушевидных) подразумевает, что CP-симметрия должна быть нарушена и, следовательно, должна быть нарушена T-симметрия, но мы уже знали это из других наблюдений, так что это не ново. Не правда. Если нет взаимодействий, нарушающих четность, то вы получите очень близко расположенный дублет для основного состояния, причем одно состояние будет иметь положительную четность, а другое — отрицательную. У Эмилио Писанти есть хорошее объяснение здесь: physics.stackexchange.com/a/76340/4552

Описание этого эксперимента в популярной прессе совершенно неверно. Трудно сказать, были ли они совершенно неправы сами по себе, или Шек ошибся, и они точно описали то, что он сказал, или это какая-то комбинация того и другого. Шек является соавтором, но не первым автором, и ни одна из тех нелепостей, которые они представляют, как он говорит, на самом деле не содержится в статье.

Наблюдение статической октупольной деформации в ядре необычно и интересно, но не имеет абсолютно никакого значения для нарушения СР или Т как такового. Для этих статей предполагать, что это действительно имеет такие последствия, — чистая чепуха.

Самый простой способ понять, что это бессмыслица, — понять, что молекулы обычно имеют асимметричную форму, и это известно уже столетие или даже больше. Например, молекула аммиака имеет пирамидальную форму, так что у вас может быть версия молекулы, ориентированная в направлении +z, и другая версия, ориентированная в направлении -z. Эти две формы представляют собой два минимума потенциала с высоким барьером между ними. Вероятность туннелирования между двумя минимумами чрезвычайно мала. Основное состояние дважды вырождено, а вырождение расщепляется на очень небольшую величину. Причина, по которой расщепление мало, не в том, что CP-нарушение мало — вы получаете расщепление даже без CP-нарушения. Причина, по которой расщепление мало, заключается в том, что вероятность туннелирования мала. Поскольку взаимодействие сохраняет четность,

Физика в ядерном случае точно аналогична, если вы действительно имеете постоянную октупольную деформацию, т. е. если два минимума действительно разделены достаточно высоким барьером, так что вероятность туннелирования мала. В большинстве случаев, которые наблюдались ранее, высокого барьера не было, вероятность туннелирования была высока, и поэтому вы получали систему, которая вела себя как асимметричный ротор, но не совсем. На самом деле это не постоянная октупольная деформация. Люди будут называть это случаями сильной октупольной корреляции или сильной октупольной коллективности. В этих системах вместо дублетов с близкой четностью вы получаете отдельные полосы вращения с отрицательной и положительной четностью, причем полосы с положительной и отрицательной четностью смещены по энергии относительно друг друга.

Эмилио Писанти дал хороший анализ многих из этой физики в предыдущем ответе: https://physics.stackexchange.com/a/76340/4552

Единственный способ, которым это связано с СР- или Т-нарушением, состоит в том, что можно иметь атомную систему, в которой ядро ​​имеет постоянную октупольную деформацию, и в этой ситуации вы можете получить взаимодействия, которые эффективно усиливают СР-нарушение электрослабого взаимодействия. Это круто, но это не то, что было сделано в этом эксперименте. У этой презентации есть хорошее объяснение.

Боюсь, я нахожу powerpoint довольно запутанным. Знаете ли вы полнотекстовые заметки на вводном уровне по этому предмету?
Или, собственно, еще более принципиальный вопрос — это все вращательные переходы при фиксированной форме ядра? Это немного упростило бы дело.
Является ли статическая октупольная деформация в системе с ненулевым спином и четной четностью признаком СР-нарушения? Вот как я понимаю аргумент в пользу ЭДМ: дипольный момент C-нечетен и P-нечетен, теорема Вигнера-Экхарта означает, что он должен совпадать со спином, потому что другого направления нет, а спин T-нечетен. Я думаю, что в данном случае это неприменимо, потому что рассматриваемое ядро ​​четно-четно и имеет 0 + основное состояние?
Действительно ли грушевидные ядра имеют какое-то отношение к путешествиям во времени?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v