La invariancia CPT o la invariancia de una teoría bajo simetría CPT es una de las ideas más importantes en física teórica. Nunca se ha visto que se haya violado en ningún fenómeno desde que se propuso por primera vez en 1954.
Aquí C significa conjugación de carga, lo que significa reemplazar una carga por su valor opuesto. En 2 dimensiones P es la inversión de paridad o reflejo en un espejo. Imagine que se coloca una partícula frente a un espejo que forma un ángulo de 45 grados con el eje y de un plano cartesiano. Esto equivale a poner un signo negativo frente a todas las coordenadas del espacio. T es la inversión de tiempo o la sustitución de la coordenada de tiempo positiva por una negativa.
La invariancia CPT significa que cualquier fenómeno físico tiene que ser invariable bajo una combinación de los tres. Antes de 1957, los físicos creían en una versión mucho más fuerte de la invariancia CPT. Se esperaba que las tres simetrías se conservaran individualmente en todos los fenómenos naturales.
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Ese año se descubrió que la simetría P se violaba en una desintegración radiactiva de los núcleos de cobalto con la emisión de partículas beta. Una partícula beta es un electrón emitido por un núcleo inestable. ¡El número de electrones emitidos con rotación en el sentido de las agujas del reloj no coincidía con los de la rotación en sentido contrario a las agujas del reloj! Un electrón que gira en sentido horario es una imagen especular de un electrón que gira en sentido antihorario y viceversa.
Esto fue de hecho completamente inesperado. Se viola una ley fundamental de la naturaleza de la invariancia de la simetría de inversión de paridad. Se entendió de inmediato que la fuerza nuclear débil responsable de la desintegración radiactiva no era invariable con respecto a la simetría de inversión de paridad.
Otra consecuencia de la violación de la simetría P fue la violación simultánea de la simetría C. Dado que la simetría CPT debe permanecer sin violar, la ruptura de la simetría P requería la violación de al menos una simetría más para mantener intacta la simetría CPT.
En 1964, se descubrió que las tasas de descomposición de los mesones K neutros y los mesones K neutros no coinciden exactamente. Esto significa que se viola la simetría T en este caso. Esto también significaba que la fuerza nuclear débil violaba el producto de las simetrías C y P. Otra ley fundamental de la naturaleza de la invariancia de la simetría de inversión del tiempo se redujo.
Entonces, ahora sabemos que las tres simetrías en CPT pueden violarse individualmente, pero el producto de las tres no se viola. De las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, solo la fuerza nuclear débil viola estas simetrías. Esto en sí mismo es un gran misterio sin resolver en física.
Una consecuencia de la violación del CPT sería una diferencia en las propiedades de la materia y la antimateria. Por ejemplo, si la carga de un positrón no coincide exactamente con la de un electrón, se violaría la simetría de CPT.
El experimento ATRAP en el CERN ha estado buscando cualquier diferencia entre las propiedades de la materia y las partículas antimateria desde el comienzo de este siglo. En este experimento, los positrones y antiprotones creados en un acelerador se capturan en un campo magnético. No se ha encontrado tal discrepancia todavía.
