离散对称性：C、P和T

电荷共轭、宇称和时间反演是粒子物理学中基本的离散对称性，它们的组合CPT被认为是精确的，即使每个对称性都可以单独被破坏。

Definition

电荷共轭（C）、宇称（P）和时间反演（T）是离散变换，物理系统可能对其不变，也可能不对其不变；它们的组合操作CPT是局域相对论量子场论的一个定理，尽管C、P、T以及CP对都可以被弱相互作用破坏。

Scope

本主题涵盖了三种离散对称操作：电荷共轭，它将粒子与反粒子互换；宇称，它反映空间坐标；以及时间反演，它反转时间方向。它讨论了弱相互作用破坏宇称和电荷共轭的发现、组合的CP对称性，以及CPT定理，该定理保证了在任何局域相对论量子场论中粒子和反粒子质量和寿命的相等性。

Core questions

• 电荷共轭、宇称和时间反演操作对物理系统有什么作用？
• 为什么弱相互作用会破坏宇称和电荷共轭？
• CPT定理的内容和意义是什么？
• 这些离散对称性如何通过实验进行检验？

Key concepts

• 电荷共轭
• 宇称变换
• 时间反演
• 宇称破坏
• 组合CP对称性
• CPT定理

Key theories

弱相互作用中的宇称破坏

李政道和杨振宁质疑宇称在弱过程中是否守恒，吴健雄及其合作者的实验证实了β衰变区分左右，确立了最大宇称破坏。

CPT定理

任何局域、洛伦兹不变的量子场论在电荷共轭、宇称和时间反演的组合操作下是不变的，这意味着粒子和反粒子具有相同的质量和寿命。

Clinical relevance

离散对称性决定了哪些衰变和反应是允许的，宇称破坏的发现重塑了弱相互作用理论，而CPT的精确性通过比较粒子和反粒子的性质，为量子场论的基础提供了最严格的检验之一。

History

宇称长期以来被认为是守恒的，直到李政道和杨振宁在1956年指出，这一点尚未在弱相互作用中得到检验。吴健雄在1957年对极化钴-60的实验证明了宇称破坏，迅速导致了弱相互作用的V-A理论，而CPT定理，由吕德斯、泡利等人在同期发展，确立了组合对称性作为量子场论的基石。

Key figures

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

Seminal works

• leeyang1956
• wu1957

Frequently asked questions

宇称破坏意味着什么？

宇称破坏意味着一个过程及其镜像以不同的速率发生。弱相互作用最大程度地破坏宇称，因此支配弱衰变的定律与其镜像反射不同。

CPT定理为什么重要？

CPT定理适用于任何局域相对论量子场论，并预测粒子及其反粒子具有完全相同的质量和寿命。任何观察到的CPT破坏都将预示着这些基本假设的失效。