Os pesquisadores da Griffith University estão conduzindo um experimento na ANSTO que testará uma teoria da física revolucionária de que a quebra da simetria por reversão do tempo por neutrinos pode causar uma dilatação do tempo na escala quântica.

Com o apoio do National Measurement Institute (NMI), A / Prof Erik Streed precisava de uma fonte de anti-neutrinos e alguns relógios atômicos para realizar um experimento preliminar que testaria a validade de uma nova teoria quântica do tempo que está sendo desenvolvida por seu colega da Griffith University, Professor Joan Vaccaro.

Uma teoria quântica do tempo

Vaccaro é um físico teórico talentoso, que desenvolveu uma teoria fundamental que coloca o tempo e o espaço no mesmo pé.

A teoria propõe que as dinâmicas que observamos em todos os lugares como mudanças que ocorrem ao longo do tempo não são partes fundamentais da natureza, mas emergem fenomenologicamente devido a violações da simetria do tempo.

É revolucionário porque se estiver correto, vai mudar a maneira como pensamos sobre o tempo e o espaço, bem como as leis fundamentais, como a conservação da massa.

Uma fonte de neutrinos para testar a teoria

Após a publicação da teoria em 2016, Vaccaro propôs que um experimento poderia ser realizado com um reator nuclear para testar a teoria.

Uma fonte local de violação de tempo na escala quântica pode contribuir para a quantidade líquida de violação de tempo e, deste modo, modificar a dinâmica localmente.

O reator OPAL produz um vasto fluxo de anti-neutrinos que se movem incólumes pela matéria, pois interagem de forma extremamente fraca com ela.

A evidência de que os neutrinos apresentam violação da simetria do tempo tem crescido nos últimos anos e atualmente está em 99,7% de certeza.

O experimento testará a teoria porque os anti-neutrinos produzidos pelo reator representam um campo de violação do tempo que tem uma queda da lei do inverso do quadrado com a distância do núcleo.

A teoria prevê que o tempo acumulado por um relógio depende da quantidade de violação de tempo em sua região local.

Prevê-se que um relógio colocado perto do núcleo do reator perderá a sincronicidade com o relógio mais distante.

Isso significa que um dos relógios de teste perto do reator, pode mostrar alguma dilatação do tempo, ou diferença no tempo decorrido, quando comparado com um relógio a uma curta distância.

"Os cálculos do meu colega sugerem que os neutrinos podem ter um impacto maior no tempo do que imaginamos, ", disse Streed." Seria realmente surpreendente se os neutrinos estivessem interagindo com a matéria com base no tempo, e não apenas na força nuclear fraca. "

A configuração experimental

Após a apresentação de uma proposta bem-sucedida ao Australian Centre for Neutron Scattering, os investigadores viajaram para a ANSTO para instalar duas estações de cronometragem com relógios atômicos nas proximidades do reator, onde coletarão dados por seis meses.

Os relógios atômicos são usados ​​em testes de física fundamental para detectar efeitos minúsculos na escala quântica por causa de sua incrível exatidão e precisão, que se aproxima das partes em 10 ¹⁷ -a 10 ¹⁹ para os melhores relógios.

Dr. Michael Wouters, que lidera os Padrões de Tempo e Frequência no National Measurement Institute em Sydney, está colaborando no experimento.

A NMI forneceu os relógios atômicos e desenvolveu os sistemas de medição essenciais para o experimento.

Neste experimento inicial, relógios de alta precisão disponíveis comercialmente estão sendo usados. Relógios com desempenho muito melhor seriam usados ​​em uma versão aprimorada do experimento.

Uma estação de cronometragem é colocada a cerca de cinco metros do reator, enquanto a estação de referência está a 10 metros do reator.

Cada estação compreende um relógio primário de césio, três relógios secundários e os sistemas de medição usados ​​para comparar os relógios com menos de um bilionésimo de segundo.

Era importante que os relógios estivessem sujeitos a neutrinos em um ambiente exatamente nas mesmas condições físicas, porque eles não são completamente imunes a mudanças, como a temperatura ambiente.

Os relógios de césio estão contidos em caixas bege de aparência bastante comum, protegidas por uma barra que funciona como uma barreira contra alguém que bate nela.

Wouters explicou que o experimento não envolve medições individuais, mas a média de um tempo ideal para cada tipo específico de relógio para obter a melhor medição possível.

O fato de o reator ser desligado para manutenção periodicamente oferece uma vantagem, naquilo, fornece um controle previsível para o experimento, quando os dois conjuntos de relógios deveriam estar funcionando na mesma taxa.

Esta seria uma demonstração experimental mais convincente do efeito de dilatação do tempo proposto.

Qualquer resultado ou limite do experimento do reator será comparado com cálculos de incertezas no movimento observado de planetas e outros objetos orbitando o sol, que se prevê serem afetados de forma semelhante pelo fluxo de neutrinos solares.

"Independentemente do resultado, parte do experimento é obter experiência no ambiente em que temos que trabalhar, que não é um ambiente controlado como nossos laboratórios, "disse Wouters.

"As condições operacionais nos ajudarão a identificar e caracterizar fontes de erro potencialmente relevantes de uma série de condições ambientais, nos ajudando a projetar uma versão aprimorada do experimento, " ele adicionou.

A medida do sucesso

Streed disse que, se o experimento for bem-sucedido, ele fornecerá um 'número' de quão grande é o efeito quântico sobre o tempo.

"E se o efeito está ocorrendo no nível do reator, precisaríamos validá-lo em outros reatores nucleares e, em seguida, procurar o efeito em outros lugares, como dados orbitais planetários, " ele disse.

"De uma perspectiva científica, é um risco incrivelmente alto por causa das incógnitas, "diz Streed.

Mas é claramente um risco que Streed e Vaccaro estão dispostos a correr devido à sua importância monumental, se a evidência experimental apoiar a teoria.

Em todo o caso, o tempo vai dizer.