Ароматы в физике элементарных частиц
Ароматы
Лептонное число : L Барионное число : B Странность : S Очарование : C Прелесть : B' Истинность : T
Чётность
P-чётность : P С-чётность : C T-чётность : T CP-чётность : CP G-чётность : G R-чётность : R
Квантовые числа
Главное : n Орбитальное : l Магнитное : m Спин : S
Заряды
Изоспин : I или I z Слабый изоспин : T или T z Электрический заряд : Q Цветовой заряд : r,b,g
Комбинации
Гиперзаряд : Y Y = 2(Q − I z ) = B + S + C + B' + T Слабый гиперзаряд : Y W Y W = 2(Q − T z ) = B − L
См. также
CP-инвариантность CKM-матрица PMNS-матрица Хиральность

CPT-инвариантность ( англ. Charge, Parity, Time ) — это фундаментальная симметрия физических законов при преобразованиях , включающих одновременную инверсию зарядового сопряжения , пространства и времени .

История

Открытия в конце 1950-х выявили нарушения P-симметрии в слабых взаимодействиях , также хорошо известны нарушения C-симметрии . Некоторое время считалось, что CP-симметрия сохраняется во всех физических явлениях, но позже стало ясно, что это не так.

С другой стороны, есть теорема, в которой выводится сохранение CPT-симметрии для всех физических явлений, исходя из правильности квантовых законов и лоренц-инвариантности . Более точно: CPT-теорема утверждает, что любая лоренц-инвариантная локальная квантовая теория поля с эрмитовым гамильтонианом должна иметь CPT-симметрию.

CPT-теорема впервые появилась в работе Джулиана Швингера в 1951 г. для доказательства связи спина и статистики . В 1954 г. и Вольфганг Паули получили более строгое доказательство, поэтому иногда теорему называют теоремой Людерса-Паули. В то же время и независимо теорема была доказана Джоном Стюартом Беллом . Эти доказательства основаны на корректности лоренц-инвариантности и принципе локальности во взаимодействии квантовых полей. Впоследствии дал более общее доказательство в рамках аксиоматической квантовой теории поля.

Вывод

В нестрогом выводе можно взять преобразование Лоренца в определенном направлении — назовём его ${\displaystyle z}$ . Если мы усложним группу Лоренца , мнимый буст с параметром буста ${\displaystyle \mathrm {i} \pi }$ приведёт к тому, что ${\displaystyle t}$ устремится к ${\displaystyle -t}$ , а ${\displaystyle z}$ устремится к ${\displaystyle -z}$ . Если затем выполнить дополнительное вращение ${\displaystyle \pi }$ в плоскости xy , мы получаем комбинацию P и CT. Комбинация CT появляется здесь вместо T, потому что мы имеем дело с унитарным преобразованием, а не с антиунитарным . Предположив, что операция комплексного роста корректна как симметрия, мы получаем состояние, которое описывается теми же законами. Это даёт нам CPT-теорему.

CPT-инвариантность и антивещество

В силу CPT-теоремы доказывается строгое соответствие между веществом и антивеществом . В частности, у частицы и античастицы точно равны масса и магнитный момент , их электрические заряды равны по модулю и противоположны по знаку, а спины равны по модулю и противоположны по направлению.

На диаграммах Фейнмана античастица эквивалентна частице, идущей назад во времени. В силу этого диаграммы, например, эффекта Комптона и аннигиляции электрон - позитронной пары эквивалентны и дают одни и те же значения амплитуд.

Следствия и подтексты

Следствие этого вывода в том, что нарушение CPT автоматически ведёт к нарушению лоренц-инвариантности .

Подтекст CPT-симметрии состоит в том, что зеркальное отображение нашей Вселенной — импульсы и положения всех объектов отражены в мнимой плоскости (что соответствует инверсии чётности ), вся материя заменена на антиматерию (что соответствует инверсии заряда ) и обращена во времени — будет вести себя так же, как и наша вселенная. В любой момент соответствующих времён две вселенные будут идентичны, и преобразование CPT запросто превратит одну в другую. CPT-симметрия считается фундаментальным качеством физических законов.

Для сохранения этой симметрии каждое нарушение комбинированной симметрии двух её компонент (например, CP) должно иметь соответствующее нарушение в третьей компоненте (например, T); на самом деле, математически, это одна и та же вещь. Таким образом, нарушения T-симметрии часто относят к нарушениям CP-инвариантности .

CPT-теорема может быть обобщена для учёта .

См. также

• Симметрия Пуанкаре и Квантовая теория поля
• Чётность (физика) , Зарядовое сопряжение и T-симметрия
• Нарушение CP-инвариантности и каон

Литература

• Griffiths, David J. (неопр.) . — Wiley, John & Sons, Inc, 1987.
• (англ.) ( and (англ.) ( . PCT, spin statistics and all that (неопр.) . — (англ.) ( , 1964.

Ссылки

• in which T-parity can be a complex number with unit radius. The CPT invariance is not a theorem but a better to have propert in these class of theories.