Инвариантность относительно одновременных преобразований заряда, чётности и времени.
CPT symmetry
Симметрия CPT: фундаментальная симметрия физических законов, объединяющая заряд, чётность и время. Теорема Людерса-Паули и её значение в квантовой теории поля.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Неизменность относительно одновременной конъюгации заряда, преобразования чётности и обращения времени.
Invariance under simultaneous charge conjugation, parity transformation and time reversal
Симметрия заряда, чётности и обращения времени — это фундаментальная симметрия физических законов при одновременных преобразованиях конъюгации заряда (C), преобразования чётности (P) и обращения времени (T). CPT — единственная комбинация C, P и T, которая наблюдается как точная симметрия природы на фундаментальном уровне. Теорема CPT утверждает, что симметрия CPT выполняется для всех физических явлений, или, точнее, что любая локальная квантовая теория поля, инвариантная относительно преобразований Лоренца и имеющая эрмитов гамильтониан, должна обладать симметрией CPT.
Charge, parity, and time reversal symmetry is a fundamental symmetry of physical laws under the simultaneous transformations of charge conjugation (C), parity transformation (P), and time reversal (T). CPT is the only combination of C, P, and T that is observed to be an exact symmetry of nature at the fundamental level. The CPT theorem says that CPT symmetry holds for all physical phenomena, or more precisely, that any Lorentz invariant local quantum field theory with a Hermitian Hamiltonian must have CPT symmetry.
История
Теорема CPT впервые появилась, неявно, в работе Джулиана Швингера в 1951 году при доказательстве связи между спином и статистикой. В 1954 году Герхарт Людерс и Вольфганг Паули получили более строгие доказательства, поэтому эта теорема иногда называется теоремой Людерса — Паули. Практически одновременно и независимо от них, теорему также доказал Джон Стюарт Белл. Эти доказательства основаны на принципе лоренц-инвариантности и принципе локальности при взаимодействии квантовых полей. Позднее, в 1958 году, Резьё Джост предложил более общее доказательство, используя формализм аксиоматической квантовой теории поля. Исследования, проведённые в конце 1950-х годов, показали нарушение P-симметрии в явлениях, связанных со слабым взаимодействием, и были известны также нарушения C-симметрии. В течение некоторого времени считалось, что CP-симметрия сохраняется во всех физических процессах, но в 1960-х годах это оказалось неверным, что, в силу инвариантности CPT, подразумевало нарушение T-симметрии.
The CPT theorem appeared for the first time, implicitly, in the work of Julian Schwinger in 1951 to prove the connection between spin and statistics. In 1954, Gerhart Lüders and Wolfgang Pauli derived more explicit proofs, so this theorem is sometimes known as the Lüders–Pauli theorem. At about the same time, and independently, this theorem was also proved by John Stewart Bell. These proofs are based on the principle of Lorentz invariance and the principle of locality in the interaction of quantum fields. Subsequently, Res Jost gave a more general proof in 1958 using the framework of axiomatic quantum field theory. Efforts during the late 1950s revealed the violation of P symmetry by phenomena that involve the weak force, and there were well known violations of C symmetry as well. For a short time, the CP symmetry was believed to be preserved by all physical phenomena, but in the 1960s that was later found to be false too, which implied, by CPT invariance, violations of T symmetry as well.
Последствия и последствия
Симметрия CPT подразумевает, что "зеркальное отражение" нашей Вселенной – со всеми объектами, чьи положения отражены относительно произвольной точки (что соответствует инверсии четности), со всеми импульсами, измененными на противоположные (что соответствует инверсии времени), и со всей материей, замененной на антиматерию (что соответствует инверсии заряда) – будет развиваться в соответствии с теми же физическими законами, что и наша Вселенная. Преобразование CPT превращает нашу Вселенную в ее "зеркальное отражение" и наоборот. Симметрия CPT признана фундаментальным свойством физических законов. Для сохранения этой симметрии любое нарушение комбинированной симметрии двух ее компонентов (например, CP) должно сопровождаться соответствующим нарушением в третьем компоненте (например, T); фактически, математически это одно и то же явление. Поэтому нарушения симметрии T часто называют нарушениями CP. Теорема CPT может быть обобщена с учетом групп шпилек. В 2002 году Оскар Гринберг доказал, что при разумных предположениях нарушение симметрии CPT влечет за собой нарушение симметрии Лоренца. Нарушения CPT предсказываются некоторыми моделями теории струн, а также некоторыми другими моделями, выходящими за рамки квантовой теории поля точечных частиц. Некоторые предполагаемые нарушения инвариантности Лоренца, такие как компактное измерение космологического размера, также могут приводить к нарушению CPT. Неунитарные теории, например, гипотезы о том, что черные дыры нарушают унитарность, также могут нарушать CPT. С технической точки зрения, поля с бесконечным спином могут нарушать симметрию CPT. Подавляющее большинство экспериментальных поисков нарушения симметрии Лоренца не дали положительных результатов. Подробная таблица этих результатов была опубликована в 2011 году Костелеки и Расселом.
The implication of CPT symmetry is that a "mirror image" of our universe — with all objects having their positions reflected through an arbitrary point (corresponding to a parity inversion), all momenta reversed (corresponding to a time inversion) and with all matter replaced by antimatter (corresponding to a charge inversion) — would evolve under exactly our physical laws. The CPT transformation turns our universe into its "mirror image" and vice versa. CPT symmetry is recognized to be a fundamental property of physical laws. In order to preserve this symmetry, every violation of the combined symmetry of two of its components (such as CP) must have a corresponding violation in the third component (such as T); in fact, mathematically, these are the same thing. Thus violations in T symmetry are often referred to as CP violations. The CPT theorem can be generalized to take into account pin groups. In 2002 Oscar Greenberg proved that, with reasonable assumptions, CPT violation implies the breaking of Lorentz symmetry. CPT violations would be expected by some string theory models, as well as by some other models that lie outside point particle quantum field theory. Some proposed violations of Lorentz invariance, such as a compact dimension of cosmological size, could also lead to CPT violation. Non unitary theories, such as proposals where black holes violate unitarity, could also violate CPT. As a technical point, fields with infinite spin could violate CPT symmetry. The overwhelming majority of experimental searches for Lorentz violation have yielded negative results. A detailed tabulation of these results was given in 2011 by Kostelecky and Russell.