Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Теорема CPT» перенаправляется сюда. Об альбоме Greydon Square см . Теорема CPT .

Заряд, четность и обращение времени симметрия является фундаментальной симметрией из физических законов при одновременных преобразованиях с зарядовым сопряжением (С), преобразованием четности (P), и обращение времени (T). CPT - единственная комбинация C, P и T, которая является точной симметрией природы на фундаментальном уровне. [1] Теорема CPT утверждает, что CPT-симметрия выполняется для всех физических явлений, или, точнее, что любая лоренц-инвариантная локальная квантовая теория поля с эрмитовым гамильтонианом должна обладать CPT-симметрией.

История [ править ]

Теорема CPT впервые неявно появилась в работе Джулиана Швингера в 1951 году для доказательства связи между спином и статистикой . [2] В 1954 году Герхарт Людерс и Вольфганг Паули получили более явные доказательства [3] [4], поэтому эту теорему иногда называют теоремой Людерса – Паули. Примерно в то же время и независимо эту теорему доказал также Джон Стюарт Белл . [5] Эти доказательства основаны на принципе лоренц-инвариантности и принципе локальности при взаимодействии квантовых полей. Впоследствии Res Jostдал более общее доказательство в рамках аксиоматической квантовой теории поля .

Усилия, предпринятые в конце 1950-х годов, выявили нарушение P-симметрии явлениями, в которых участвует слабое взаимодействие , а также были хорошо известные нарушения C-симметрии . В течение короткого времени считалось , что CP-симметрия сохраняется для всех физических явлений, но позже было обнаружено, что это тоже неверно, что подразумевает, в силу CPT-инвариантности , нарушения T-симметрии .

Вывод теоремы CPT [ править ]

Рассмотрим усиление Лоренца в фиксированном направлении z . Это можно интерпретировать как поворот оси времени в ось z с мнимым параметром вращения. Если бы этот параметр вращения был реальным , было бы возможно, что поворот на 180 ° изменит направление времени и z на противоположное . 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 может быть включен дополнительный поворот на 180 ° в плоскости xy .

Это определяет преобразование CPT, если мы принимаем интерпретацию античастиц Фейнмана – Штюкельберга как соответствующих частиц, движущихся назад во времени. Эта интерпретация требует небольшого аналитического продолжения , которое хорошо определено только при следующих предположениях:

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

Когда это верно, квантовая теория может быть расширена до евклидовой теории, определяемой переводом всех операторов в мнимое время с помощью гамильтониана . В коммутационных соотношениях гамильтониана, и Лоренц генераторы , гарантия того, что Лоренц - инвариантность означает вращательную инвариантность , так что любое состояние могут быть повернуты на 180 градусов.

Поскольку последовательность двух CPT-отражений эквивалентна вращению на 360 градусов, фермионы меняют знак при двух CPT-отражениях, а бозоны - нет. Этот факт можно использовать для доказательства теоремы о спиновой статистике .

Последствия и последствия [ править ]

Смысл CPT-симметрии состоит в том, что «зеркальное отображение» нашей Вселенной - со всеми объектами, имеющими свои позиции, отраженными через произвольную точку (что соответствует инверсии четности ), все импульсы перевернуты (соответствующие инверсии времени ) и со всей материей замененный антивеществом (соответствующий инверсии заряда ) - 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 CP-нарушениями .

Теорема CPT может быть обобщена для учета групп выводов .

В 2002 году Оскар Гринберг опубликовал очевидное доказательство того, что нарушение CPT влечет за собой нарушение лоренцевой симметрии . [6] Если это так, это будет означать, что любое исследование нарушения CPT также включает нарушение Лоренца. Однако позже Чайчян и др. Оспорили 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 экспериментальных поисков нарушения Лоренца дали отрицательные результаты. Подробная таблица этих результатов была представлена ​​в 2011 году Костелецким и Расселом. [9]

См. Также [ править ]

  • Симметрия Пуанкаре и квантовая теория поля
  • Четность (физика) , зарядовое сопряжение и Т-симметрия
  • Нарушение CP и каон
  • ИКАРОС научные результаты
  • Гравитационное взаимодействие антивещества § теорема CPT

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Kostelecký, VA (1998). «Статус ЕКПП». arXiv : hep-ph / 9810365 .
  2. ^ Швингер, Джулиан (1951). «Теория квантованных полей I». Физический обзор . 82 (6): 914–927. Bibcode : 1951PhRv ... 82..914S . DOI : 10.1103 / PhysRev.82.914 .
  3. ^ Людерс, Г. (1954). «Об эквивалентности инвариантности относительно обращения времени и сопряжения частиц и античастиц для релятивистских теорий поля». Kongelige Danske Videnskabernes Selskab, Matematisk-Fysiske Meddelelser . 28 (5): 1–17.
  4. ^ Паули, Вт .; 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 . Издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0198742999.
  6. ^ Гринберг, OW (2002). «Нарушение CPT подразумевает нарушение лоренц-инвариантности». Письма с физическим обзором . 89 (23): 231602. arXiv : hep-ph / 0201258 . Bibcode : 2002PhRvL..89w1602G . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.89.231602 . PMID 12484997 . S2CID 9409237 .  
  7. ^ Chaichian, M .; Долгов, АД; Новиков, В.А.; Туряну, А. (2011). «Нарушение CPT не приводит к нарушению лоренц-инвариантности и наоборот». Физика Письма Б . 699 (3): 177–180. arXiv : 1103.0168 . Bibcode : 2011PhLB..699..177C . DOI : 10.1016 / j.physletb.2011.03.026 . S2CID 118030079 . 
  8. ^ Гринберг, OW (4 мая 2011). «Замечания по поводу связи между CPT и нарушением Лоренца». arXiv : 1105.0927 . Bibcode : 2011arXiv1105.0927G . Возражение [ arXiv : 1103.0168 ] на мою теорему [ arXiv : hep-ph / 0201258 ] о том, что нарушение CPT-симметрии влечет нарушение лоренцевой ковариации, основано на нелокальной модели, в которой упорядоченные по времени продукты не определены четко. Я использовал ковариацию упорядоченных по времени продуктов в качестве условия ковариации Лоренца; поэтому предложенное возражение не имеет отношения к моему результату. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  9. ^ Kostelecký, VA; Рассел, Н. (2011). «Таблицы данных для нарушения Лоренца и CPT ». Обзоры современной физики . 83 (1): 11–31. arXiv : 0801.0287 . Bibcode : 2011RvMP ... 83 ... 11K . DOI : 10.1103 / RevModPhys.83.11 . S2CID 3236027 . 

Источники [ править ]

  • Соцци, MS (2008). Дискретные симметрии и нарушение CP . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-929666-8.
  • Гриффитс, Дэвид Дж. (1987). Введение в элементарные частицы . ISBN Wiley, John & Sons, Inc. 978-0-471-60386-3.
  • Р.Ф. Стрейтер и А.С. Вайтман (1964). РСТ, спин и статистика и все такое . Бенджамин / Каммингс. ISBN 978-0-691-07062-9.

Внешние ссылки [ править ]

  • Справочная информация о Лоренц и СРТ нарушение по Алан Костелекки в теоретической физики университета Индианы
  • Костелецкий, В. Алан; Рассел, Нил (2011). «Таблицы данных для нарушения Лоренца и CPT». Обзоры современной физики . 83 (1): 11. arXiv : 0801.0287 . Bibcode : 2011RvMP ... 83 ... 11K . DOI : 10.1103 / RevModPhys.83.11 . S2CID  3236027 .
  • Берг, Маркус; Девитт-Моретт, Сесиль; Гво, Шанджр; Крамер, Эрик (2001). «Пин-группы в физике: C, P и T». Обзоры по математической физике . 13 (8): 953–1034. arXiv : math-ph / 0012006 . DOI : 10.1142 / S0129055X01000922 . S2CID  119560073 .
  • Симметрия заряда, четности и обращения времени (CPT) в LBL
  • Тесты на инвариантность CPT при распаде нейтрального каона на LBL
  • Инь, С. (2000). "Пространственно-временная симметрия, КПН и зеркальные фермионы". arXiv : hep-th / 0010074 .- 8-компонентная теория для фермионов, в которой T-четность может быть комплексным числом с единичным радиусом. CPT-инвариантность - это не теорема, а лучшая возможность иметь свойство в этом классе теорий.
  • Эта частица нарушает симметрию времени - видео на YouTube от Veritasium
  • Элементарное обсуждение нарушения CPT дается в главе 15 этого учебника для учащихся [1].