CPT-інваріантність

Загальні відомості

CPT-інваріантність — фізичний принцип, згідно з яким будь-яка фізична система залишається незмінною при одночасній зміні на протилежні напрямку плину часу (T), орієнтації просторових осей (P) і заряду всіх її складових (C). Інакше кажучи, якщо замінити час на протилежний, віддзеркалити координати у просторі та змінити знак заряду всіх частинок, що беруть участь у системі, всі рівняння руху залишаються незмінними.

Підтвердження експериментами

Принцип CPT-інваріантності експериментально підтверджено для широкого спектра фізичних систем, включаючи:

• Перевірка зарядних кон'югацій: Виміряно, що маса та час життя позитивно і негативно заряджених частинок однакові.
• Перевірка часової інваріантності: Ожидається, що властивості частинок та взаємодій залишаються незмінними з плином часу. Це було підтверджено експериментами з нейтральними каонами, які показали, що середній час життя частинок однаковий для прямих та анти-прямих розпадів.
• Перевірка просторової інваріантності: Симетрія щодо відбиття слідів частинок у дзеркалі також спостерігається. Це було продемонстровано експериментами, які показали, що розпад B-мезонів відбувається однаково для ліво- та право-бічних частинок.

Наслідки CPT-інваріантності

CPT-інваріантність має глибокі наслідки для фундаментальної фізики, зокрема:

• Заборона на повну тартінну неінваріантність: CPT-інваріантність виключає неінваріантність фізики щодо обертання часу (T), паритету (P) або зарядової кон'югації (C) окремо.
• Збереження лептонного числа: CPT-інваріантність вимагає, щоб кількість лептонів у системі залишалася постійною. Це означає, що кількість електронів та інших лептонів у реакції повинна бути однаковою до і після перетворення.
• Поведінка античастинок: CPT-інваріантність передбачає, що античастинки є дзеркальними копіями своїх відповідних частинок щодо заряду, напрямку руху та часу. Це означає, що поведінка античастинок повинна бути ідентичною до поведінки частинок, крім зміненого знаку заряду.

Порушення CPT-інваріантності

Незважаючи на експериментально підтверджену CPT-інваріантність, деякі теоретичні моделі допускають її порушення у певних екзотичних умовах. Наприклад:

• Теорія ньютонської гравітації: Необмежена ньютонівська гравітаційна сила може призвести до порушення CPT-інваріантності, хоча ця теорія не узгоджується з сучасними уявленнями про гравітацію.
• Квантова гравітація: Теорії, які поєднують квантову механіку та гравітацію, можуть порушувати CPT-інваріантність у певних умовах, але ці теорії все ще перебувають у стадії розвитку.
• Космологічні моделі: Деякі космологічні моделі передбачають порушення CPT-інваріантності на великих космічних масштабах, однак ці моделі не мають широкого експериментального підтвердження.

CPT-інваріантність — фундаментальний фізичний принцип, який є незмінним у широкому діапазоні фізичних систем. Він має глибокі наслідки для нашого розуміння фізики і обмежує можливі форми порушення симетрії.

Часті запитання

1. Що таке CPT-інваріантність?
2. Як експериментально підтверджується CPT-інваріантність?
3. Які наслідки CPT-інваріантності?
4. Чи можливе порушення CPT-інваріантності?
5. Яке практичне значення CPT-інваріантності?