Симметрия CPT - Википедия - CPT symmetry

«Теорема CPT» перенаправляется сюда. Об альбоме Greydon Square см. C.P.T. Теорема.

Симметрия заряда, четности и обращения времени фундаментальный симметрия из физические законы при одновременном трансформации из зарядовое сопряжение (С), преобразование четности (P) и разворот времени (Т). CPT - единственная комбинация C, P и T, которая является точной симметрией природы на фундаментальном уровне.[1] В CPT теорема говорит, что CPT-симметрия сохраняется для всех физических явлений, или, точнее, что любая Инвариант Лоренца местный квантовая теория поля с Эрмитский Гамильтониан должен иметь симметрию CPT.

История

Теорема CPT впервые неявно появилась в работе Джулиан Швингер в 1951 году, чтобы доказать связь между спином и статистикой.[2] В 1954 г. Герхарт Людерс и Вольфганг Паули получил более явные доказательства,[3][4] поэтому эту теорему иногда называют теоремой Людерса – Паули. Примерно в то же время и независимо эта теорема была доказана Джон Стюарт Белл.[5] Эти доказательства основаны на принципе Лоренц-инвариантность и принцип локальности во взаимодействии квантовых полей. Впоследствии Рес Йост дал более общее доказательство в рамках аксиоматическая квантовая теория поля.

Усилия конца 1950-х годов выявили нарушение P-симметрия явлениями, которые включают слабая сила, и были известные нарушения C-симметрия также. На короткое время CP-симметрия считалось, что его сохраняют все физические явления, но позже было обнаружено, что это тоже неверно, что подразумевало CPT-инвариантность, нарушения Т-симметрия также.

Вывод теоремы CPT.

Рассмотрим Повышение лоренца в фиксированном направлении z. Это можно интерпретировать как поворот оси времени внутрь z ось, с воображаемый параметр вращения. Если бы этот параметр вращения был настоящий, было бы возможно, если поворот на 180 ° изменит направление времени и z. Изменение направления одной оси на противоположное - это отражение пространства в любом количестве измерений. Если пространство имеет 3 измерения, это эквивалентно отражению всех координат, потому что дополнительный поворот на 180 ° в х-у самолет мог быть включен.

Это определяет преобразование CPT, если мы примем Интерпретация Фейнмана – Штюкельберга античастиц как соответствующих частиц, движущихся назад во времени. Эта интерпретация требует небольшого аналитическое продолжение, который хорошо определен только при следующих предположениях:

  1. Теория Инвариант Лоренца;
  2. Вакуум лоренц-инвариантен;
  3. Энергия ограничена снизу.

Когда выше удерживается, квантовая теория может быть расширен до евклидовой теории, определяемой переводом всех операторов в мнимое время с помощью Гамильтониан. В коммутационные отношения гамильтониана, а Генераторы Лоренца, гарантируем, что Лоренц-инвариантность подразумевает вращательная инвариантность, так что любое состояние можно повернуть на 180 градусов.

Поскольку последовательность двух отражений CPT эквивалентна вращению на 360 градусов, фермионы меняется на знак при двух отражениях КПН, а бозоны не. Этот факт можно использовать для доказательства теорема спиновой статистики.

Последствия и последствия

Смысл CPT-симметрии состоит в том, что это «зеркальное отображение» нашей Вселенной, когда все объекты отражаются через произвольную точку (соответствующую точке паритет инверсия), все импульсы перевернутый (соответствует инверсия времени ) и со всеми иметь значение заменен на антивещество (соответствует обвинять инверсия) - будет развиваться точно по нашим физическим законам. Трансформация CPT превращает нашу вселенную в ее «зеркальное отражение» и наоборот. Симметрия CPT признана фундаментальным свойством физических законов.

Чтобы сохранить эту симметрию, каждое нарушение комбинированной симметрии двух ее компонентов (таких как CP) должно иметь соответствующее нарушение в третьем компоненте (таком как T); фактически, математически это одно и то же. Таким образом, нарушения Т-симметрии часто называют Нарушения CP.

Теорема CPT может быть обобщена, чтобы учесть группы контактов.

В 2002 Оскар Гринберг опубликовал очевидное доказательство того, что нарушение CPT подразумевает нарушение Симметрия Лоренца.[6] Если это верно, это будет означать, что любое исследование нарушения CPT также включает нарушение Лоренца. Однако Чайчян и другие позже оспорил справедливость результата Гринберга.[7] Гринберг ответил, что модель, использованная в их статье, означает, что их «предложенное возражение не имеет отношения к моему результату».[8]

Подавляющее большинство экспериментальные поиски нарушения Лоренца дали отрицательные результаты. Подробная таблица этих результатов была представлена ​​в 2011 году Костелецким и Расселом.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Костелецкий, В. А. (1998). «Статус КПП». arXiv:hep-ph / 9810365.
  2. ^ Швингер, Джулиан (1951). «Теория квантованных полей I». Физический обзор. 82 (6): 914–927. Bibcode:1951ПхРв ... 82..914С. Дои:10.1103 / PhysRev.82.914.
  3. ^ Людерс, Г. (1954). "Об эквивалентности инвариантности при обращении времени и при сопряжении частиц и античастиц для релятивистских теорий поля". Kongelige Danske Videnskabernes Selskab, Matematisk-Fysiske Meddelelser. 28 (5): 1–17.
  4. ^ Pauli, W .; Rosenfelf, L .; Вайскопф В., ред. (1955). Нильс Бор и развитие физики. Макгроу-Хилл. LCCN  56040984.
  5. ^ Уитакер, Эндрю (2016). Джон Стюарт Белл и физика двадцатого века. Oxford University Press. ISBN  978-0198742999.
  6. ^ Гринберг, О. В. (2002). «Нарушение CPT подразумевает нарушение лоренц-инвариантности». Письма с физическими проверками. 89 (23): 231602. arXiv:hep-ph / 0201258. Bibcode:2002PhRvL..89w1602G. Дои:10.1103 / PhysRevLett.89.231602. PMID  12484997. S2CID  9409237.
  7. ^ Чайчян, М .; Долгов, А.Д .; Новиков, В. А .; Туряну, А. (2011). «Нарушение CPT не приводит к нарушению лоренц-инвариантности и наоборот». Письма по физике B. 699 (3): 177–180. arXiv:1103.0168. Bibcode:2011ФЛБ..699..177С. Дои:10.1016 / j.physletb.2011.03.026. S2CID  118030079.
  8. ^ Гринберг, О. В. (4 мая 2011 г.). «Замечания по поводу связи между CPT и нарушением Лоренца». arXiv:1105.0927. Bibcode:2011arXiv1105.0927G. Возражение [arXiv:1103.0168 ] к моей теореме [arXiv:hep-ph / 0201258 ], что нарушение CPT-симметрии влечет за собой нарушение ковариации Лоренца, основано на нелокальной модели, в которой упорядоченные по времени продукты не определены четко. Я использовал ковариацию упорядоченных по времени продуктов как условие ковариации Лоренца; поэтому предложенное возражение не имеет отношения к моему результату. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  9. ^ Костелецкий, В. А .; Рассел, Н. (2011). "Таблицы данных для Лоренца и CPT нарушение". Обзоры современной физики. 83 (1): 11–31. arXiv:0801.0287. Bibcode:2011RvMP ... 83 ... 11K. Дои:10.1103 / RevModPhys.83.11. S2CID  3236027.

Источники

внешняя ссылка