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 взаимодействие и электромагнитное взаимодействие являются инвариантными по отношению к комбинированной операции CP-преобразования, но эта симметрия немного нарушается в процессе некоторых типов слабого распада. Исторически CP-симметрия была предложена Львом Ландау для восстановления порядка после открытия нарушения пространственной чётности в 1950-е годы. Однако в 1964 году Джеймс Кронин и Вэл Фитч показали, что CP-симметрия тоже может быть нарушена.

Возникновение идеи

Идея симметрии чётности в том, что уравнения физики инвариантны относительно зеркальной инверсии. Это ведёт к предсказанию того, что зеркальное изображение реакции (например, химической реакции или радиоактивного распада) происходит так же, как и сама реакция. Симметрия чётности соблюдается для всех реакций, связанных только с электромагнетизмом и сильными взаимодействиями. До 1956 года закон сохранения чётности считался одним из фундаментальных геометрических законов сохранения (как и закон сохранения энергии и закон сохранения импульса). Однако в 1956 году тщательный критический анализ накопленных экспериментальных данных физиками Чжэндао Ли и Чжэньнин Янг выявил, что сохранение чётности не проверялось в процессах слабого взаимодействия. Они предложили несколько возможных экспериментов. Первый эксперимент был основан на бета-распаде ядер кобальта-60 и был проведён в 1956 году группой под руководством Ву Цзяньсюн. В результате было показано, что в процессах слабого взаимодействия P-симметрия сильно нарушается или, как можно показать, некоторые реакции происходят не так же часто, как их зеркальные двойники.

В общем и целом, квантовая теория поля принципиально требует симметрии относительно CPT-преобразований, когда зеркальное отражение и зарядовое сопряжение дополняются отражением времени. Поэтому при нарушении P-симметрии полная симметрия CPT квантовомеханической системы может быть сохранена, если будет найдена другая симметрия S так, что общая симметрия PS останентся ненарушенной. Это хитрое место в структуре Гильбертова пространства было осознано вскоре после открытия нарушения чётности, и зарядовое сопряжение было предложено в качестве искомой симметрии для восстановления порядка.

Попросту говоря, зарядовое сопряжение — это простая симметрия между частицами и античастицами, так что CP-симметрия была предложена в 1957 г. Львом Ландау как истинная симметрия между материей и антиматерией. Другими словами, процесс, в котором все частицы меняются со своими античастицами, считается эквивалентным зеркальному отображению данного процесса.

Нарушение CP-инвариантности

В 1964 году Джеймс Кронин и Вэл Фитч показали (впервые об этом было объявлено на XII ICHEP конференции в Дубне), что CP-симметрия тоже может быть нарушена, за это открытие им досталась Нобелевская премия по физике 1980 года. Их открытие показало, что слабые взаимодействия нарушают не только симметрию зарядового сопряжения C между частицами и античастицами и симметрию чётности P, но также и их комбинацию. Открытие потрясло физику элементарных частиц и подняло вопросы, до сих пор требующие ответа в самом сердце физики элементарных частиц и космологии. Отсутствие точной CP-симметрии, но то, что симметрия почти соблюдается, создали великую загадку, которая была окончательно разрешена лишь при создании теории электрослабых взаимодействий.

Отрывок, характеризующий Комбинированная чётность

– Да ведь вы без сахара? – сказала она, все улыбаясь, как будто все, что ни говорила она, и все, что ни говорили другие, было очень смешно и имело еще другое значение.
– Да мне не сахар, мне только, чтоб вы помешали своей ручкой.
Марья Генриховна согласилась и стала искать ложку, которую уже захватил кто то.
– Вы пальчиком, Марья Генриховна, – сказал Ростов, – еще приятнее будет.
– Горячо! – сказала Марья Генриховна, краснея от удовольствия.
Ильин взял ведро с водой и, капнув туда рому, пришел к Марье Генриховне, прося помешать пальчиком.
– Это моя чашка, – говорил он. – Только вложите пальчик, все выпью.
Когда самовар весь выпили, Ростов взял карты и предложил играть в короли с Марьей Генриховной. Кинули жребий, кому составлять партию Марьи Генриховны. Правилами игры, по предложению Ростова, было то, чтобы тот, кто будет королем, имел право поцеловать ручку Марьи Генриховны, а чтобы тот, кто останется прохвостом, шел бы ставить новый самовар для доктора, когда он проснется.
– Ну, а ежели Марья Генриховна будет королем? – спросил Ильин.
– Она и так королева! И приказания ее – закон.
Только что началась игра, как из за Марьи Генриховны вдруг поднялась вспутанная голова доктора. Он давно уже не спал и прислушивался к тому, что говорилось, и, видимо, не находил ничего веселого, смешного или забавного во всем, что говорилось и делалось. Лицо его было грустно и уныло. Он не поздоровался с офицерами, почесался и попросил позволения выйти, так как ему загораживали дорогу. Как только он вышел, все офицеры разразились громким хохотом, а Марья Генриховна до слез покраснела и тем сделалась еще привлекательнее на глаза всех офицеров. Вернувшись со двора, доктор сказал жене (которая перестала уже так счастливо улыбаться и, испуганно ожидая приговора, смотрела на него), что дождь прошел и что надо идти ночевать в кибитку, а то все растащат.
– Да я вестового пошлю… двух! – сказал Ростов. – Полноте, доктор.
– Я сам стану на часы! – сказал Ильин.
– Нет, господа, вы выспались, а я две ночи не спал, – сказал доктор и мрачно сел подле жены, ожидая окончания игры.
Глядя на мрачное лицо доктора, косившегося на свою жену, офицерам стало еще веселей, и многие не могла удерживаться от смеха, которому они поспешно старались приискивать благовидные предлоги. Когда доктор ушел, уведя свою жену, и поместился с нею в кибиточку, офицеры улеглись в корчме, укрывшись мокрыми шинелями; но долго не спали, то переговариваясь, вспоминая испуг доктора и веселье докторши, то выбегая на крыльцо и сообщая о том, что делалось в кибиточке. Несколько раз Ростов, завертываясь с головой, хотел заснуть; но опять чье нибудь замечание развлекало его, опять начинался разговор, и опять раздавался беспричинный, веселый, детский хохот.


В третьем часу еще никто не заснул, как явился вахмистр с приказом выступать к местечку Островне.
Все с тем же говором и хохотом офицеры поспешно стали собираться; опять поставили самовар на грязной воде. Но Ростов, не дождавшись чаю, пошел к эскадрону. Уже светало; дождик перестал, тучи расходились. Было сыро и холодно, особенно в непросохшем платье. Выходя из корчмы, Ростов и Ильин оба в сумерках рассвета заглянули в глянцевитую от дождя кожаную докторскую кибиточку, из под фартука которой торчали ноги доктора и в середине которой виднелся на подушке чепчик докторши и слышалось сонное дыхание.
– Право, она очень мила! – сказал Ростов Ильину, выходившему с ним.
– Прелесть какая женщина! – с шестнадцатилетней серьезностью отвечал Ильин.
Через полчаса выстроенный эскадрон стоял на дороге. Послышалась команда: «Садись! – солдаты перекрестились и стали садиться. Ростов, выехав вперед, скомандовал: «Марш! – и, вытянувшись в четыре человека, гусары, звуча шлепаньем копыт по мокрой дороге, бренчаньем сабель и тихим говором, тронулись по большой, обсаженной березами дороге, вслед за шедшей впереди пехотой и батареей.