Комбинированная чётность

КОМБИНИРОВАННАЯ ЧЁТНОСТЬ (СР-чётность), чётность истинно нейтральной частицы (или системы) относительно СР преобразования (комбинированной инверсии), то есть операции сопоставления одной физической системы, состоящей из каких-либо частиц, другой системе, состоящей из соответствующих античастиц и представляющей зеркальное отображение первой. Математически CP-преобразование представляет собой произведение двух операций: зарядового сопряжения (С) (переход от частиц к античастицам) и пространственной инверсии (Р) (замены координат частиц r на -r и импульсов р на -р).

В связи с открытием в 1956 году несохранения пространственной чётности в слабых взаимодействиях Л. Д. Ландау и независимо Ц. Ли и Ч. Янг высказали гипотезу о том, что все взаимодействия в природе инвариантны относительно комбинированной инверсии. Электромагнитные и сильные взаимодействия одинаковы для любой исходной системы и системы, полученной при С- и Р-преобразованиях в отдельности, поэтому они не меняются и при СР-преобразовании. Слабые взаимодействия меняются при С- и Р-преобразованиях, но одинаковы для систем, полученных одна из другой СР-преобразованием. Например, распад частиц под влиянием слабого взаимодействия выглядит как зеркальное отображение распада соответствующих античастиц.

Реклама

Если частица или система частиц истинно нейтральна (т. е. имеет нулевые значения электрического, барионного и лептонного зарядов, аромата и цвета), то при CP-преобразовании ей соответствует та же частица или система из тех же частиц. Например, истинно нейтральными являются π0-мезон, К01- и К02-мезоны, которые являются симметричной и антисимметричной суперпозицией мезона К0 и антимезона К0 (смотри К-мезоны). Для таких частиц и систем можно ввести понятие комбинированной чётности, поскольку волновая функция преобразованной системы либо совпадает с волновой функцией первоначальной системы, либо отличается от неё знаком. В первом случае говорят, что система обладает положительной комбинированной чётностью [таковы, например, К01-мезон или система (π+π-) при чётном орбитальном моменте], во втором - отрицательной комбинированной чётностью (например, π0-, К02-мезоны или система π+π-π°). К0-мезоны рождаются в процессах сильного взаимодействия, например в процессе π- + р → Κ° + Λ,  а распадаются за счёт слабого взаимодействия: К01 → π+π- или К01 → π0π0 со временем жизни 9-10-11 с и К02 → π+π-π0 или К02 → π0π0π0 со временем жизни 5-10-8 с. Закон сохранения комбинированной чётности запрещает распад К02-мезона на два π-мезона. Поэтому открытие в 1964 в 500 раз более редкого распада долгоживущего К02-мезона на два π-мезона (американские учёные Дж. Кристенсен, Дж. Кронин, В. Фитч, Р. Тарлей) означало несохранение комбинированной чётности.

В теории электрослабого взаимодействия нарушение комбинированной чётности получается «автоматически», если существует, по крайней мере, 6 ароматов кварков (различных типов кварков). Проведённые в начале 21 века прецизионные измерения параметров распада нейтральных К-мезонов в эксперименте NА48 в ЦЕРНе не противоречат тому, что это является главным «источником» нарушения комбинированной чётности, но не исключают другие, более слабые возможные источники. Аналогичные, но более заметные проявления нарушения комбинированной чётности изучаются в распадах нейтральных В-мезонов, содержащих очарованный кварк. Считается, что нарушением комбинированной чётности можно объяснить факт преобладания материи над антиматерией во Вселенной (А. Д. Сахаров, 1967).

Лит.: Шмутцер Э. Симметрии и законы сохранения в физике. М., 1974.

А.В. Ефремов.