Simetria CPT - CPT symmetry

O "teorema CPT" redireciona aqui. Para o álbum de Greydon Square, consulte The CPT Theorem .

Simetria de carga, paridade e inversão de tempo é uma simetria fundamental das leis físicas sob as transformações simultâneas de conjugação de carga (C), transformação de paridade (P) e inversão de tempo (T). CPT é a única combinação de C, P e T que se observa ser uma simetria exata da natureza no nível fundamental. O teorema CPT diz que a simetria CPT é válida para todos os fenômenos físicos, ou mais precisamente, que qualquer teoria de campo quântico local invariante de Lorentz com um hamiltoniano de Hermit deve ter simetria CPT.

História

O teorema CPT apareceu pela primeira vez, implicitamente, no trabalho de Julian Schwinger em 1951 para provar a conexão entre spin e estatística . Em 1954, Gerhart Lüders e Wolfgang Pauli derivaram provas mais explícitas, então esse teorema é às vezes conhecido como teorema de Lüders-Pauli. Quase ao mesmo tempo, e independentemente, este teorema também foi provado por John Stewart Bell . Essas provas são baseadas no princípio da invariância de Lorentz e no princípio da localidade na interação de campos quânticos. Posteriormente, Res Jost deu uma prova mais geral no quadro da teoria quântica de campos axiomática .

Esforços durante o final dos anos 1950 revelaram a violação da simetria P por fenômenos que envolvem a força fraca , e havia violações bem conhecidas da simetria C também. Por um curto período de tempo, acreditou-se que a simetria CP era preservada por todos os fenômenos físicos, mas na década de 1960 isso também foi considerado falso, o que implicava, pela invariância CPT , violações da simetria T também.

Derivação do teorema CPT

Considere um aumento de Lorentz em uma direção fixa z . Isso pode ser interpretado como uma rotação do eixo do tempo no eixo z , com um parâmetro de rotação imaginário . Se este parâmetro de rotação fosse real , seria possível para uma rotação de 180 ° reverter a direção do tempo e de z . Inverter a direção de um eixo é um reflexo do espaço em qualquer número de dimensões. Se o espaço tem 3 dimensões, é equivalente a refletir todas as coordenadas, porque uma rotação adicional de 180 ° no plano xy poderia ser incluída.

Isso define uma transformação CPT se adotarmos a interpretação de Feynman-Stueckelberg de antipartículas como as partículas correspondentes viajando para trás no tempo. Esta interpretação requer uma ligeira continuação analítica , que é bem definida apenas sob as seguintes suposições:

  1. A teoria é invariante de Lorentz ;
  2. O vácuo é invariante de Lorentz;
  3. A energia é limitada abaixo.

Quando o acima for válido, a teoria quântica pode ser estendida para uma teoria euclidiana, definida pela tradução de todos os operadores para o tempo imaginário usando o hamiltoniano . As relações de comutação do hamiltoniano e dos geradores de Lorentz garantem que a invariância de Lorentz implica a invariância rotacional , de forma que qualquer estado pode ser girado em 180 graus.

Uma vez que uma sequência de duas reflexões CPT é equivalente a uma rotação de 360 ​​graus, os férmions mudam por um sinal sob duas reflexões CPT, enquanto os bósons não. Este fato pode ser usado para provar o teorema da estatística de spin .

Consequências e implicações

A implicação da simetria CPT é que uma "imagem-espelho" do nosso universo - com todos os objetos tendo suas posições refletidas através de um ponto arbitrário (correspondendo a uma inversão de paridade ), todos os momentos invertidos (correspondendo a uma inversão de tempo ) e com toda a matéria substituído por antimatéria (correspondendo a uma inversão de carga ) - iria evoluir exatamente sob nossas leis físicas. A transformação CPT transforma nosso universo em sua "imagem no espelho" e vice-versa. A simetria CPT é reconhecida como uma propriedade fundamental das leis físicas.

Para preservar essa simetria, toda violação da simetria combinada de dois de seus componentes (como CP) deve ter uma violação correspondente no terceiro componente (como T); na verdade, matematicamente, são a mesma coisa. Assim, as violações na simetria T são freqüentemente chamadas de violações CP .

O teorema CPT pode ser generalizado para levar em consideração grupos de pinos .

Em 2002, Oscar Greenberg publicou uma prova aparente de que a violação do CPT implica a quebra da simetria de Lorentz . Se correto, isso implicaria que qualquer estudo de violação da CPT também inclui a violação de Lorentz. No entanto, Chaichian et al mais tarde contestaram a validade do resultado de Greenberg. Greenberg respondeu que o modelo usado em seu artigo significava que sua "objeção proposta não era relevante para o meu resultado".

A esmagadora maioria das pesquisas experimentais de violação de Lorentz produziram resultados negativos. Uma tabulação detalhada desses resultados foi fornecida em 2011 por Kostelecky e Russell.

Veja também

Referências

Fontes

links externos