Symétries discrètes : C, P et T

La conjugaison de charge, la parité et l'inversion du temps sont les symétries discrètes fondamentales de la physique des particules, dont la combinaison CPT est considérée comme exacte bien que chacune puisse être violée séparément.

Definition

La conjugaison de charge (C), la parité (P) et l'inversion du temps (T) sont des transformations discrètes sous lesquelles un système physique peut ou non être invariant ; leur opération combinée CPT est un théorème de la théorie quantique des champs relativiste locale, même si C, P, T et la paire CP peuvent chacun être violés par l'interaction faible.

Scope

Ce sujet couvre les trois opérations de symétrie discrètes : la conjugaison de charge, qui échange les particules contre les antiparticules ; la parité, qui reflète les coordonnées spatiales ; et l'inversion du temps, qui inverse la direction du temps. Il aborde la découverte que l'interaction faible viole la parité et la conjugaison de charge, la symétrie CP combinée, et le théorème CPT qui garantit l'égalité des masses et des durées de vie des particules et des antiparticules dans toute théorie quantique des champs relativiste locale.

Core questions

• Que font les opérations de conjugaison de charge, de parité et d'inversion du temps à un système physique ?
• Pourquoi l'interaction faible viole-t-elle la parité et la conjugaison de charge ?
• Quel est le contenu et la signification du théorème CPT ?
• Comment ces symétries discrètes sont-elles testées expérimentalement ?

Key concepts

• Conjugaison de charge
• Transformation de parité
• Inversion du temps
• Violation de parité
• Symétrie CP combinée
• Théorème CPT

Key theories

Violation de parité dans les interactions faibles

Lee et Yang ont remis en question la conservation de la parité dans les processus faibles, et l'expérience de Wu et de ses collaborateurs a confirmé que la désintégration bêta distingue la gauche de la droite, établissant une violation maximale de la parité.

Théorème CPT

Toute théorie quantique des champs locale et invariante de Lorentz est invariante sous l'opération combinée de conjugaison de charge, de parité et d'inversion du temps, ce qui implique que les particules et les antiparticules ont des masses et des durées de vie identiques.

Clinical relevance

Les symétries discrètes déterminent quelles désintégrations et réactions sont permises, la découverte de la violation de parité a remodelé la théorie de l'interaction faible, et l'exactitude du CPT fournit l'un des tests les plus rigoureux des fondements de la théorie quantique des champs par la comparaison des propriétés des particules et des antiparticules.

History

La parité a longtemps été supposée conservée jusqu'à ce que Lee et Yang soulignent en 1956 que cela n'avait pas été testé pour l'interaction faible. L'expérience de Wu en 1957 sur le cobalt-60 polarisé a démontré la violation de parité, menant rapidement à la théorie V moins A de l'interaction faible, tandis que le théorème CPT, développé à peu près à la même époque par Luders, Pauli et d'autres, a établi la symétrie combinée comme une pierre angulaire de la théorie quantique des champs.

Key figures

• Tsung-Dao Lee
• Chen-Ning Yang
• Chien-Shiung Wu
• Wolfgang Pauli

Seminal works

• leeyang1956
• wu1957

Frequently asked questions

Que signifie la violation de parité ?

La violation de parité signifie qu'un processus et son image miroir se produisent à des taux différents. L'interaction faible viole la parité de manière maximale, de sorte que les lois régissant les désintégrations faibles ne sont pas les mêmes que leurs réflexions miroir.

Pourquoi le théorème CPT est-il important ?

Le théorème CPT est valable dans toute théorie quantique des champs relativiste locale et prédit qu'une particule et son antiparticule ont des masses et des durées de vie exactement égales. Toute violation observée du CPT signalerait une rupture de ces hypothèses fondamentales.