Al nostre voltant observem contínuament simetries, o la seua ruptura, en objectes com ara formes geomètriques, materials o sistemes biològics. En Física estem interessats en les simetries de les lleis naturals, que històricament han jugat un paper crucial en l'avanç del coneixement. És ben conegut que si les lleis dinàmiques es mantenen invariants en transformar les magnituds físiques sota certa operació, aquesta invariància pot indicar l'existència d'observables conservats. Així, sabem que la conservació del moment lineal està lligada a la invariància sota translacions espacials, la del moment angular a les rotacions, i la de l'energia a les translacions temporals. Les transformacions poden ser en l'espai-temps, com les anteriors, però també poden ser transformacions de graus de llibertat interns, com les transformacions gauge, que condueixen a la conservació de la càrrega.

 
Si en el passat les simetries varen permetre de trobar regularitats i ordre en els fenòmens naturals quan la dinàmica de les forces involucrades era encara desconeguda, l'últim terç del segle XX ha conduït a una revolució conceptual per la qual les pròpies interaccions apareixen com a conseqüència de la imposició de simetries locals, ja siga internes, en els casos de les interaccions electromagnètiques, febles i forts, o de l'espai-temps, per a la interacció gravitatòria. Aquest ingredient ha estat essencial per a la construcció del Model Estàndard de la física de partícules, que durant les últimes dècades ha proporcionat èxit rera èxit en els diversos experiments que l'han posat a prova.

 
Però encara més important que les simetries mateixes és l'existència de mecanismes que permeten trencar-les seguint un patró definit. La contradicció aparent entre l'acord precís del Model Estàndard amb els resultats experimentals i el fet que la simetria subjacent només és exacta per partícules de massa zero (cosa que, evidentment, no és el cas per a la majoria de les partícules conegudes), necessita d'un mecanisme de ruptura de simetria molt subtil, capaç de generar les masses sense alterar la dinàmica de les interaccions. El mecanisme de Brout-Englert-Higgs per a trobar solucions físiques asimètriques a partir d'una teoria simètrica resol el problema, deixant com a senyal mesurable l'existència del bosó de Higgs, descobert al CERN, en els experiments ATLAS i CMS de l'LHC, el 2012 .

Les simetries discretes en l'espai-temps, com ara la paritat (o reflexió especular, simbolitzada per P) i la inversió temporal (T, que representa la inversió de tots els moviments, com veiem a la figura), així com la simetria interna de conjugació partícula-antipartícula (C), apareixen exactes en la naturalesa quan les úniques interaccions en joc són les fortes i electromagnètiques. No obstant això, totes elles experimenten un trencament ordenat en els fenòmens en què intervenen les interaccions febles, com ara la desintegració d'algunes partícules i nuclis atòmics, i alguns processos de fusió nuclear com els que ocorren en les estrelles, incloent el nostre Sol.

 
La violació de P va ser descoberta en primer lloc en les desintegracions beta de nuclis atòmics, i la de C i de P (per separat) en la desintegració del pió, en els anys 50 del passat segle. La violació de CP va ser descoberta inesperadament el 1964 en la desintegració de kaons neutres, i es va tornar a mesurar en les factories de mesons B el 2001, mentre que la demostració que T està violada va haver d'esperar a 2012, usant l'entrellaçament de mesons B neutres. En el Model Estàndard es descriuen aquestes ruptures com a conseqüència de dues facetes molt diferents de la física: en el cas de P i C juga un paper fonamental la quiralitat, ja que els camps dextrògirs i levogirs es transformen de forma diferent. Per CP i T és de summa importància el contingut de partícules de la teoria, que necessita almenys tres famílies de quarks i leptons per justificar la violació d'aquestes simetries.

 
Fins al moment l'única simetria discreta que roman exacta és la combinació CPT. El Teorema CPT, demostrat durant els anys 50 del segle XX, estableix que una teoria quàntica de camps que descriga interaccions en un espai-temps pla i que verifique aquestes tres condicions: i) ser invariant Lorentz; ii) incloure només interaccions locals i iii) que la seua evolució siga unitària, és necessàriament invariant sota la transformació de simetria CPT. Els millors límits actuals provenen de diferències entre les masses de partícules i antipartícules, mesurades per als parells K⁰ – K̅⁰ (CPLEAR), B⁰ – B̅⁰ (BABAR) i p – p̅ (ASACUSA).

En teories en què alguna d'aquestes condicions no es complisca rigorosament, per exemple si la simetria Lorentz està violada o si les interaccions són no locals, pot donar-se la no invariància sota CPT. En els sistemes de mesons neutres aquest fenomen es parametritza fenomenològicament a través d'una quantitat complexa, θ, que apareix en les matrius de masses. Un altre mecanisme que pot produir la ruptura de CPT és que el mateix operador CPT estiga mal definit, com passa en algunes teories de gravetat quàntica que prediuen una estructura "d'escuma" per a l'espai-temps. En un recent treball, investigadors de l'IFIC, en col·laboració amb col·legues de King's College-London i IST-Lisboa, han trobat que el tractament pertorbatiu d'aquest últim mecanisme condueix [1] a una modificació de les correlacions quàntiques en el sistema de mesons neutres i afegeix una component que debilita l'entrellaçament mitjançant una simetria d'intercanvi "equivocada". Aquest efecte ve parametritzat per una altra quantitat complexa, ω, que si és no nul·la dóna lloc a un senyal experimental inequívoc [2]. En concret, en els sistemes B⁰ – B̅⁰ hauria d'observar-se que les taxes de desintegració als canals "sabor definit i després CP definit" i "CP definit i després sabor definit" (distingits per l'ordre temporal en què apareixen els estats finals) ja no estarien connectades per la simetria d'intercanvi [3].
 
L'experiment BABAR ha mesurat les vuit taxes de desintegració rellevants per a determinar el paràmetre ω: les resultants de combinar en l'estat final els dos possibles sabors per al leptó ℓ^±, els dos possibles estats hadrónicos amb CP definit, J/ψ K_S i J/ψ K_L, i les dues possibles ordenacions temporals. L'anàlisi de [2] ha trobat un valor de Im(ω) que difereix de zero en unes 2σ. A més a més, aquest efecte és independent de la possible violació de CPT deguda a la part real del paràmetre θ, per a la qual l'anàlisi també obté un valor no nul, de nou amb unes 2σ de significació estadística. De fet, si es repeteix l'anàlisi assumint ω = 0 i considerant les asimetries en T, CP i CPT per separat, el valor de θ obtingut no difereix del que es dedueix en el cas anterior [3].

 
Els resultats finals per als dos tipus de ruptura de CPT es resumeixen a la figura, que mostra la part imaginària d'ω respecte a la part real de θ. Un punt de vista conservador, donada la significació estadística de la mesura actual, suggereix prendre aquests valors d'ω i θ com a cotes superiors. En qualsevol cas, la possibilitat que algun d'ells, o tots dos, puguen ser no nuls, i per tant que la simetria CPT estiga violada, afegeix un punt d'expectació als resultats que obtindran en els propers anys BELLE-II per a mesons B i KLOE-2 per a mesons K. La ruptura de la simetria CPT conduiria a un canvi de paradigma en la física fonamental, suggerint que la teoria quàntica de camps com l'hem entès fins ara ha de ser reconsiderada.

[1] "Novel type of CPT violation for correlated EPR states", J. Bernabéu, N.E. Mavromatos, J. Papavassiliou. Phys.Rev.Lett. 92 (2004) 131601
[2] "The signal of ill-defined CPT weakening entanglement in the B_d system", J. Bernabéu, F.J. Botella, N.E. Mavromatos, M. Nebot. arXiv:1612.05652
[3] "Genuine T, CP, CPT asymmetry parameters for the entangled B_d system", J. Bernabéu, F.J. Botella, M. Nebot. JHEP 06 (2016) 100, arXiv:1605.03925