Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из теоремы CPT )
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, связанными со слабым взаимодействием , 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 ) - эволюционировал бы 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. ^ Whitaker, Andrew (2016). John Stuart Bell and Twentieth-Century Physics. Oxford University Press. ISBN 978-0198742999.
  6. ^ Greenberg, O. W. (2002). "CPT Violation Implies Violation of Lorentz Invariance". Physical Review Letters. 89 (23): 231602. arXiv:hep-ph/0201258. Bibcode:2002PhRvL..89w1602G. doi:10.1103/PhysRevLett.89.231602. PMID 12484997. S2CID 9409237.
  7. ^ Chaichian, M.; Dolgov, A. D.; Novikov, V. A.; Tureanu, A. (2011). "CPT Violation Does Not Lead to Violation of Lorentz Invariance and Vice Versa". Physics Letters B. 699 (3): 177–180. arXiv:1103.0168. Bibcode:2011PhLB..699..177C. doi:10.1016/j.physletb.2011.03.026. S2CID 118030079.
  8. ^ Greenberg, O. W. (4 May 2011). "Remarks on a challenge to the relation between CPT and Lorentz violation". arXiv:1105.0927. Bibcode:2011arXiv1105.0927G. The objection [arXiv:1103.0168] to my theorem [arXiv:hep-ph/0201258] that violation of CPT symmetry implies violation of Lorentz covariance is based on a nonlocal model in which time-ordered products are not well defined. I used covariance of time-ordered products as the condition for Lorentz covariance; therefore the proposed objection is not relevant to my result. Cite journal requires |journal= (help)
  9. ^ Kostelecký, V. A.; Russell, N. (2011). "Data tables for Lorentz and CPT violation". Reviews of Modern Physics. 83 (1): 11–31. arXiv:0801.0287. Bibcode:2011RvMP...83...11K. doi:10.1103/RevModPhys.83.11. S2CID 3236027.

Sources[edit]

  • Sozzi, M.S. (2008). Discrete symmetries and CP violation. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-929666-8.
  • Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-60386-3.
  • R. F. Streater and A. S. Wightman (1964). PCT, spin and statistics, and all that. Benjamin/Cummings. ISBN 978-0-691-07062-9.

External links[edit]

  • Background information on Lorentz and CPT violation by Alan Kostelecký at Theoretical Physics Indiana University
  • Kostelecký, V. Alan; Russell, Neil (2011). "Data tables for Lorentz and CPT violation". Reviews of Modern Physics. 83 (1): 11. arXiv:0801.0287. Bibcode:2011RvMP...83...11K. doi:10.1103/RevModPhys.83.11. S2CID 3236027.
  • Berg, Marcus; Dewitt-Morette, Cécile; Gwo, Shangjr; Kramer, Eric (2001). "The Pin Groups in Physics: C, P and T". Reviews in Mathematical Physics. 13 (8): 953–1034. arXiv:math-ph/0012006. doi:10.1142/S0129055X01000922. S2CID 119560073.
  • Charge, Parity, and Time Reversal (CPT) Symmetry at LBL
  • CPT Invariance Tests in Neutral Kaon Decay at LBL
  • Ying, S. (2000). "Space--Time Symmetry, CPT and Mirror Fermions". arXiv:hep-th/0010074. – 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 property in these class of theories.
  • This Particle Breaks Time Symmetry – YouTube video by Veritasium
  • An elementary discussion of CPT violation is given in chapter 15 of this student level textbook [1]