Simetrías y leyes de conservación
Las simetrías y las leyes de conservación son los principios organizadores de la física de partículas y nuclear, que conectan las invarianzas de la naturaleza con las cantidades conservadas y la estructura de las fuerzas fundamentales.
Definition
Las simetrías y las leyes de conservación son los principios que establecen que la invarianza de las leyes físicas bajo una transformación implica una cantidad conservada; las simetrías continuas producen la conservación de la energía, el momento y la carga, mientras que las simetrías discretas e internas rigen la clasificación y las transiciones permitidas de las partículas.
Scope
Esta área cubre el profundo vínculo entre simetría y conservación encarnado en el teorema de Noether, las simetrías de gauge que generan las interacciones fundamentales y las simetrías discretas de conjugación de carga, paridad e inversión temporal. Trata la sorprendente violación de la paridad y de la simetría combinada carga-paridad en la interacción débil, el teorema CPT y las simetrías aproximadas como el isospín y el sabor que clasifican los hadrones.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo se corresponde cada simetría continua de la naturaleza con una cantidad conservada?
- ¿Cómo determinan las simetrías de gauge la forma de las interacciones fundamentales?
- ¿Por qué la interacción débil viola la paridad, e incluso la simetría combinada carga-paridad?
- ¿Qué simetrías aproximadas organizan el espectro de los hadrones?
Key concepts
- Simetrías continuas y discretas
- Teorema de Noether
- Simetría de gauge
- Conjugación de carga, paridad e inversión temporal
- Teorema CPT
- Isospín y simetría de sabor
Key theories
- Teorema de Noether
- Noether demostró que cada simetría continua de la acción de un sistema físico corresponde a una cantidad conservada, vinculando la traslación temporal con la energía, la traslación espacial con el momento y la simetría de fase interna con la carga.
- Violación de la paridad en la interacción débil
- El experimento de Wu y colaboradores demostró que la desintegración beta distingue la izquierda de la derecha, lo que demuestra que la paridad no se conserva por la interacción débil, contrariamente a las suposiciones de larga data.
Clinical relevance
Los principios de simetría dictan qué reacciones y desintegraciones de partículas están permitidas y prohibidas, sustentan toda la estructura de gauge del Modelo Estándar, y la pequeña violación observada de la simetría combinada carga-paridad es un ingrediente clave para explicar por qué el universo contiene más materia que antimateria.
History
Emmy Noether estableció el vínculo fundamental entre simetría y conservación en 1918, y la simetría se convirtió en un principio organizador central de la física del siglo XX. El descubrimiento de que la interacción débil viola la paridad, propuesto por Lee y Yang y confirmado por Wu en 1957, derrocó la suposición de la simetría especular, y la posterior observación de la violación de la carga-paridad profundizó el papel de las simetrías discretas en la física de partículas.
Key figures
- Emmy Noether
- Chien-Shiung Wu
- Tsung-Dao Lee
- Chen-Ning Yang
Related topics
Seminal works
- noether1918
- wu1957
Frequently asked questions
- ¿Qué establece el teorema de Noether?
- El teorema de Noether establece que cada simetría continua de un sistema físico corresponde a una cantidad conservada. Por ejemplo, la invarianza de la física bajo la traslación temporal implica la conservación de la energía, y bajo la traslación espacial implica la conservación del momento.
- ¿Son exactas todas las simetrías de la naturaleza?
- No. Algunas simetrías son exactas, como la simetría CPT combinada, mientras que otras son solo aproximadas o se violan. La interacción débil viola la paridad y la simetría combinada carga-paridad, y el isospín es solo una simetría aproximada de la interacción fuerte.