Simetrias e Leis de Conservação
Simetrias e leis de conservação são os princípios organizadores da física de partículas e nuclear, conectando as invariâncias da natureza a quantidades conservadas e à estrutura das forças fundamentais.
Definition
Simetrias e leis de conservação são os princípios que afirmam que a invariância das leis físicas sob uma transformação implica uma quantidade conservada; simetrias contínuas resultam na conservação de energia, momento e carga, enquanto simetrias discretas e internas governam a classificação e as transições permitidas de partículas.
Scope
Esta área abrange a profunda ligação entre simetria e conservação incorporada no teorema de Noether, as simetrias de calibre que geram as interações fundamentais, e as simetrias discretas de conjugação de carga, paridade e inversão temporal. Trata da surpreendente violação da paridade e da simetria combinada carga-paridade na interação fraca, do teorema CPT, e das simetrias aproximadas como isospin e sabor que classificam os hádrons.
Sub-topics
Core questions
- Como cada simetria contínua da natureza corresponde a uma quantidade conservada?
- Como as simetrias de calibre determinam a forma das interações fundamentais?
- Por que a paridade, e até mesmo a simetria combinada carga-paridade, é violada pela interação fraca?
- Quais simetrias aproximadas organizam o espectro de hádrons?
Key concepts
- Simetrias contínuas e discretas
- Teorema de Noether
- Simetria de calibre
- Conjugação de carga, paridade e inversão temporal
- Teorema CPT
- Isospin e simetria de sabor
Key theories
- Teorema de Noether
- Noether provou que cada simetria contínua da ação de um sistema físico corresponde a uma quantidade conservada, ligando a translação temporal à energia, a translação espacial ao momento e a simetria de fase interna à carga.
- Violação de paridade na interação fraca
- O experimento de Wu e colaboradores mostrou que o decaimento beta distingue a esquerda da direita, demonstrando que a paridade não é conservada pela interação fraca, contrariando suposições de longa data.
Clinical relevance
Os princípios de simetria ditam quais reações e decaimentos de partículas são permitidos e proibidos, sustentam toda a estrutura de calibre do Modelo Padrão, e a pequena violação observada da simetria combinada carga-paridade é um ingrediente chave para explicar por que o universo contém mais matéria do que antimatéria.
History
Emmy Noether estabeleceu a ligação fundamental entre simetria e conservação em 1918, e a simetria tornou-se um princípio organizador central da física do século XX. A descoberta de que a interação fraca viola a paridade, proposta por Lee e Yang e confirmada por Wu em 1957, derrubou a suposição de simetria especular, e a posterior observação da violação de carga-paridade aprofundou o papel das simetrias discretas na 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
- O que diz o teorema de Noether?
- O teorema de Noether afirma que cada simetria contínua de um sistema físico corresponde a uma quantidade conservada. Por exemplo, a invariância da física sob translação temporal implica a conservação da energia, e sob translação espacial implica a conservação do momento.
- Todas as simetrias da natureza são exatas?
- Não. Algumas simetrias são exatas, como a simetria CPT combinada, enquanto outras são apenas aproximadas ou são violadas. A interação fraca viola a paridade e a simetria combinada carga-paridade, e o isospin é apenas uma simetria aproximada da interação forte.