I ricercatori della Griffith University stanno conducendo un esperimento all'ANSTO che metterà alla prova una teoria fisica rivoluzionaria secondo cui la rottura della simmetria dell'inversione del tempo da parte dei neutrini potrebbe causare una dilatazione del tempo su scala quantistica.

Con il supporto del National Measurement Institute (NMI), Il prof. Erik Streed aveva bisogno di una fonte di antineutrini e di alcuni orologi atomici per eseguire un esperimento preliminare che avrebbe testato la validità di una nuova teoria quantistica del tempo sviluppata dal suo collega della Griffith University, il professor Joan Vaccaro.

Una teoria quantistica del tempo

Vaccaro è un fisico teorico affermato, che ha sviluppato una teoria fondamentale che pone sullo stesso piano il tempo e lo spazio.

La teoria propone che le dinamiche che osserviamo ovunque come cambiamenti che si verificano nel tempo non sono parti fondamentali della natura ma emergono fenomenologicamente a causa di violazioni della simmetria temporale.

È rivoluzionario perché se è corretto, capovolgerà il modo in cui pensiamo al tempo e allo spazio, così come le leggi fondamentali, come la conservazione della massa.

Una sorgente di neutrini per testare la teoria

Dopo la pubblicazione della teoria nel 2016, Vaccaro propose di intraprendere un esperimento con un reattore nucleare per testare la teoria.

Una fonte locale di violazione del tempo su scala quantistica potrebbe contribuire alla quantità netta di violazione del tempo e, in tal modo, modificare le dinamiche a livello locale.

Il reattore OPAL produce un vasto flusso di antineutrini che si muovono indenni attraverso la materia poiché interagiscono solo in modo estremamente debole con essa.

L'evidenza che i neutrini mostrino una violazione della simmetria temporale è cresciuta negli ultimi anni e attualmente si attesta al 99,7% di certezza.

L'esperimento metterà alla prova la teoria perché gli antineutrini prodotti dal reattore rappresentano un campo di violazione del tempo che ha un decadimento della legge del quadrato inverso con la distanza dal nucleo.

La teoria prevede che il tempo accumulato da un orologio dipenda dalla quantità di violazione del tempo nella sua regione locale.

Si prevede che un orologio posizionato vicino al nocciolo del reattore perda la sincronia con l'orologio più distante.

Ciò significa che uno degli orologi di prova vicino al reattore, può mostrare una certa dilatazione del tempo, o differenza di tempo trascorso, se confrontato con un orologio a breve distanza.

"I calcoli del mio collega suggeriscono che i neutrini possono avere un impatto sul tempo maggiore di quanto pensiamo, ", ha detto Streed. "Sarebbe davvero sorprendente se i neutrini interagissero con la materia sulla base del tempo e non solo della debole forza nucleare".

L'allestimento sperimentale

A seguito di una proposta di successo presentata all'Australian Centre for Neutron Scattering, gli investigatori si sono recati all'ANSTO per installare due stazioni di cronometraggio con orologi atomici in prossimità del reattore, dove raccoglieranno i dati per sei mesi.

Gli orologi atomici sono utilizzati nei test di fisica fondamentale per rilevare piccoli effetti su scala quantistica a causa della loro eccezionale accuratezza e precisione, che si avvicina alle parti in 10 ¹⁷ -a 10 ¹⁹ per i migliori orologi.

Dott. Michael Wouters, che guida gli standard per il tempo e la frequenza presso il National Measurement Institute di Sydney, sta collaborando all'esperimento.

NMI ha fornito gli orologi atomici e sviluppato i sistemi di misurazione essenziali per l'esperimento.

In questo primo esperimento, vengono utilizzati orologi ad alta precisione disponibili in commercio. Orologi con prestazioni molto migliori verrebbero utilizzati in una versione migliorata dell'esperimento.

Una stazione di cronometraggio è posta a circa cinque metri dal reattore, mentre la stazione di riferimento è a 10 metri dal reattore.

Ogni stazione comprende un orologio primario al cesio, tre orologi secondari e i sistemi di misurazione utilizzati per confrontare gli orologi a meno di un miliardesimo di secondo.

Era importante che gli orologi fossero soggetti ai neutrini in un ambiente esattamente nelle stesse condizioni fisiche perché non sono completamente immuni ai cambiamenti, come la temperatura ambiente.

Gli orologi al cesio sono contenuti in scatole beige dall'aspetto piuttosto ordinario protette da una barra che funge da barriera contro qualcuno che vi bussa.

Wouters ha spiegato che l'esperimento non prevede misurazioni singole ma calcola la media per un tempo ottimale per ogni particolare tipo di orologio per ottenere la migliore misurazione possibile.

Il fatto che il reattore venga spento periodicamente per manutenzione offre un vantaggio, In ciò, fornisce un controllo prevedibile per l'esperimento, quando le due serie di orologi dovrebbero funzionare alla stessa velocità.

Questa sarebbe una dimostrazione sperimentale più convincente dell'effetto di dilatazione del tempo proposto.

Qualsiasi risultato o limite dell'esperimento del reattore sarà confrontato con i calcoli delle incertezze nel movimento osservato dei pianeti e di altri oggetti in orbita attorno al sole, che si prevede siano influenzati in modo simile dal flusso di neutrini solari.

"Indipendentemente dal risultato, parte dell'esperimento riguarda l'esperienza nell'ambiente in cui dobbiamo lavorare, che non è un ambiente controllato come i nostri laboratori, " disse Wouters.

"Le condizioni operative ci aiuteranno a identificare e caratterizzare fonti di errore potenzialmente rilevanti da una serie di condizioni ambientali, aiutandoci a progettare una versione migliorata dell'esperimento, " Ha aggiunto.

La misura del successo

Streed ha detto che se l'esperimento ha successo, fornirà un "numero" per quanto è grande l'effetto quantistico sul tempo.

"E se l'effetto si verifica a livello del reattore, dovremmo convalidarlo in altri reattori nucleari e poi cercare l'effetto in altri luoghi, come i dati orbitali planetari, " Egli ha detto.

"Da un punto di vista scientifico, è un rischio incredibilmente alto a causa delle incognite, "dice Streed.

Ma è chiaramente un rischio che Streed e Vaccaro sono disposti a correre a causa della sua importanza epocale se l'evidenza sperimentale supporta la teoria.

In ogni caso, il tempo lo dirà.