[论文解读] Large scale physical effects of T violation in mesons

J. A. Vaccaro|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文提出，介子中的时间反演（T）对称性破缺会引致量子路径之间的相消干涉，从而仅选择出两种可行的时间演化：向前和向后。该结果解释了时间观察到的单向性，并解决了长期存在的T对称性破缺动力学建模难题，对量子引力和宇宙学具有重要意义。

ABSTRACT

An increasing number of experiments at the Belle, BNL, CERN and SLAC accelerators are confirming the violation of time reversal invariance (T). The violation signifies a fundamental asymmetry between the past and future and calls for a major shift in the way we think about time. Here we show that processes which violate T symmetry induce destructive interference between different paths that the universe can take through time. The interference eliminates all paths except for two that represent continuously forwards and continuously backwards time evolution. Evidence from the accelerator experiments indicates which path the universe is effectively following. This work resolves the long-standing problem of modeling the dynamics of T violation processes. It shows that T violation has previously unknown, large-scale physical effects and that these effects underlie the origin of the unidirectionality of time. It has implications for cosmology and the Wheeler-DeWitt equation of canonical quantum gravity. Finally it provides a view of the quantum nature of time itself.

研究动机与目标

• 解决时间反演对称性破缺过程中动力学建模的长期挑战。
• 解释自然界中观察到的时间单向流动的起源。
• 将高能物理中的T对称性破缺与大尺度物理效应及量子引力联系起来。
• 基于T对称性破缺系统中的量子干涉，提供时间之箭的机制。

提出的方法

• 使用量子力学路径积分形式化方法，对宇宙的所有可能时间演化路径进行建模。
• 应用相消干涉，排除除一条向前演化和一条向后演化路径外的所有路径。
• 分析来自Belle、BNL、CERN和SLAC的实验数据，确定宇宙实际遵循的哪条时间演化路径。
• 将T对称性破缺过程整合进正则量子引力框架，特别是Wheeler-DeWitt方程。
• 证明T对称性破缺通过量子干涉导致时间演化路径的选择。
• 通过路径干涉建立介子T对称性破缺与宏观时间之箭之间的联系。

实验结果

研究问题

• RQ1 时间反演对称性破缺如何导致量子系统中特定时间演化路径的选择？
• RQ2 介子中的T对称性破缺过程会产生哪些大尺度物理效应？
• RQ3 T对称性破缺如何解释宇宙中观察到的时间单向性？
• RQ4 T对称性破缺相互作用在量子引力的Wheeler-DeWitt方程中起何种作用？
• RQ5 量子干涉在排除非单向时间路径中扮演何种角色？

主要发现

• T对称性破缺引发相消干涉，排除除一条向前和一条向后时间演化路径外的所有路径。
• 加速器实验数据表明，宇宙实际遵循的是一条特定的时间路径。
• 该机制将时间单向性的起源解释为T对称性破缺系统中量子干涉的结果。
• 该模型提供了一致的框架，用于理解T对称性破缺动力学，解决了先前的理论不一致问题。
• 研究结果对Wheeler-DeWitt方程具有直接启示，表明T对称性破缺可能在塑造量子引力的时间结构中发挥关键作用。
• 该工作揭示了T对称性破缺此前未知的大尺度物理效应，将粒子物理与宇宙学的时间不对称性联系起来。