Kombinovaná parita

Kombinovaná parita , CP symetrie , CP invariance  je produktem dvou symetrií : C je konjugace náboje , která mění částici na její antičástici , a P je parita , která vytváří zrcadlový obraz fyzického systému. Silná síla a elektromagnetická síla jsou při kombinované operaci CP-transformace neměnné, ale tato symetrie je při některých typech slabého rozpadu mírně narušena . Historicky byla symetrie CP navržena Levem Landauem k obnovení pořádku po zjištění porušení parity v 50. letech 20. století . V roce 1964 však James Cronin a Val Fitch ukázali, že symetrii CP lze také narušit.

Vznik nápadu

Myšlenka paritní symetrie spočívá v tom, že fyzikální rovnice jsou invariantní při zrcadlové inverzi. To vede k předpovědi, že zrcadlový obraz reakce (jako je chemická reakce nebo radioaktivní rozpad ) probíhá stejným způsobem jako reakce samotná. Paritní symetrie je pozorována pro všechny reakce spojené pouze s elektromagnetismem a silnými interakcemi . Do roku 1956 byl zákon zachování parity považován za jeden ze základních geometrických zákonů zachování (stejně jako zákon zachování energie a zákon zachování hybnosti ). V roce 1956 však pečlivá kritická analýza nashromážděných experimentálních dat provedená fyziky Zhengdao Li a Zhenning Yang odhalila, že zachování parity nebylo testováno v procesech slabé interakce. Navrhli několik možných experimentů. První experiment byl založen na beta rozpadu jader kobaltu-60 a byl proveden v roce 1956 skupinou vedenou Wu Jianxiongem . V důsledku toho se ukázalo, že P-symetrie je silně narušena v procesech slabé interakce, nebo, jak lze ukázat, některé reakce neprobíhají tak často jako jejich zrcadlové protějšky.

Obecně platí, že kvantová teorie pole zásadně vyžaduje symetrii při transformacích CPT , kde zrcadlový odraz a konjugace náboje jsou doplněny odrazem času. Proto, když je P-symetrie porušena, může být zachována plná CPT symetrie kvantově mechanického systému, pokud je nalezena další symetrie S , takže obecná PS symetrie zůstane neporušená. Toto choulostivé místo ve struktuře Hilbertova prostoru bylo rozpoznáno krátce po objevu porušení parity a konjugace náboje byla navržena jako požadovaná symetrie k obnovení pořádku.

Jednoduše řečeno, konjugace náboje je jednoduchá symetrie mezi částicemi a antičásticemi, takže symetrii CP navrhl v roce 1957 Lev Landau jako skutečnou symetrii mezi hmotou a antihmotou. Jinými slovy, proces, ve kterém se všechny částice mění se svými antičásticemi, je považován za ekvivalent zrcadlového obrazu tohoto procesu.

Porušení CP

V roce 1964 James Cronin a Val Fitch ukázali (poprvé oznámeno na XII konferenci ICHEP v Dubně ), že symetrii CP lze také narušit, za což v roce 1980 obdrželi Nobelovu cenu za fyziku . Jejich objev ukázal, že slabé interakce narušují nejen nábojovou konjugační symetrii C mezi částicemi a antičásticemi a paritní symetrii P, ale také jejich kombinaci. Tento objev šokoval částicovou fyziku a vyvolal otázky, na které je stále potřeba odpovědět v samotném srdci částicové fyziky a kosmologie. Absence přesné CP symetrie, ale skutečnost, že symetrie je téměř pozorována, vytvořila velkou záhadu, která byla nakonec vyřešena až vytvořením teorie elektroslabých interakcí .