- CPT-инвариантность
-
Аромат в физике элементарных частиц CPT-инвариантность — это фундаментальная симметрия физических законов при преобразованиях, включающих одновременную инверсию заряда, чётности и времени.
Содержание
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 Юлиана Швингера в 1951 г. для доказательства связи спина и статистики. В 1954 г. Герхард Людерс 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 Рес Джост дал более общее доказательство в рамках аксиоматической квантовой теории поля.
Вывод
В нестрогом выводе можно взять преобразование Лоренца в определенном направлении — назовём его . Если мы усложним группу Лоренца, мнимый буст с параметром буста приведёт к тому, что устремится к , а устремится к . Если затем выполнить дополнительное вращение 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 состояния, 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 пин групп.
CP-симметрия | CPT-инвариантность pin-группа | Чётность См. также
- Симметрия Пуанкаре и Квантовая теория поля
- Чётность (физика), Зарядовое сопряжение и T-симметрия
- Нарушение CP-инвариантности и каон
Литература
- Griffiths, David J. Introduction to Elementary Particles. — Wiley, John & Sons, Inc, 1987. — ISBN ISBN 0-471-60386-4
- R. F. Streater and A. S. Wightman PCT, spin statistics and all that. — Benjamin/Cummings, 1964. — ISBN ISBN 0-691-07062-8
Ссылки
- http://www.arxiv.org/abs/math-ph/0012006
- http://www.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/05/2.html
- Particle data group on CPT
- 8-component theory for fermions 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.
Категории:- Квантовая теория поля
- Законы сохранения
Wikimedia Foundation. 2010.
Полезное
Смотреть что такое "CPT-инвариантность" в других словарях:
CPT инвариантность — … Википедия
CPT (значения) — CPT (Carriage Paid To) международный торговый термин Инкотермс. CPT (Cost Per Thouthand) термин медиапланирования. CPT инвариантность симметрия физических законов при преобразованиях инверсии заряда, чётности и времени … Википедия
Нарушение CP-инвариантности — В физике элементарных частиц нарушение CP инвариантности это нарушение комбинированной чётности (CP симметрии), то есть неинвариантность законов физики относительно операции зеркального отражения с одновременной заменой всех частиц на… … Википедия
Нарушение CP-симметрии — В физике элементарных частиц нарушение CP инвариантности это нарушение постулируемой CP симметрии законов физики. Оно играет важную роль в теориях космологии, которые пытаются объяснить превосходство материи над антиматерией в нашей Вселенной.… … Википедия
Проблема слабого CP-нарушения — В физике элементарных частиц нарушение CP инвариантности это нарушение постулируемой CP симметрии законов физики. Оно играет важную роль в теориях космологии, которые пытаются объяснить превосходство материи над антиматерией в нашей Вселенной.… … Википедия
T-симметрия — («симметрия по отношению к обращению времени») симметрия уравнений, описывающих законы физики, по отношению к операции замены времени t на −t (то есть к обращению времени). В квантовой механике математически записывается, как равенство нулю … Википедия
Обращение времени — T симметрия(«симметрия по отношению к обращению времени») симметрия уравнений, описывающих законы физики, по отношению к операции замены времени t на −t (то есть к обращению времени). В квантовой механике математически записывается, как равенство … Википедия
Комбинированная чётность — Комбинированная чётность, CP симметрия это произведение двух симметрий: C зарядовое сопряжение, которое превращает частицу в её античастицу, и P чётность, которая создает зеркальное изображение физической системы. Сильное… … Википедия
Хиральность (физика) — Аромат в физике элементарных частиц п·Ароматы и квантовые числа: Лептонное число … Википедия
Изотопический спин — Аромат в физике элементарных частиц п·Ароматы и квантовые числа: Лептонное число … Википедия