La simetría de carga, paridad e inversión de tiempo es una simetría fundamental de las leyes físicas bajo las transformaciones simultáneas de conjugación de carga (C), transformación de paridad (P) e inversión de tiempo (T). CPT es la única combinación de C, P y T que se observa que es una simetría exacta de la naturaleza en el nivel fundamental. [1] [2] El teorema CPT dice que la simetría CPT es válida para todos los fenómenos físicos, o más precisamente, que cualquier teoría de campo cuántico local invariante de Lorentz con un hamiltoniano hermitiano debe tener simetría CPT.
Historia
El teorema CPT apareció por primera vez, implícitamente, en el trabajo de Julian Schwinger en 1951 para probar la conexión entre el espín y la estadística . [3] En 1954, Gerhart Lüders y Wolfgang Pauli obtuvieron demostraciones más explícitas, [4] [5] por lo que este teorema a veces se conoce como el teorema de Lüders-Pauli. Aproximadamente al mismo tiempo, e independientemente, este teorema también fue probado por John Stewart Bell . [6] Estas pruebas se basan en el principio de invariancia de Lorentz y el principio de localidad en la interacción de campos cuánticos. Posteriormente, Res Jost dio una prueba más general en el marco de la teoría de campos cuánticos axiomáticos .
Los esfuerzos realizados durante la década de 1950 revelaron la violación de P-simetría por fenómenos que implican la fuerza débil , y no había violaciónes bien conocidos de C-simetría así. Por un corto tiempo, la CP-simetría se cree que es preservada por todos los fenómenos físicos, pero en los años 1960 que más tarde se encuentran para ser falsa demasiado, lo que implicaba, por CPT invariancia , violaciónes de T-simetría así.
Derivación del teorema CPT
Considere un impulso de Lorentz en una dirección fija z . Esto se puede interpretar como una rotación del eje de tiempo en el eje z , con un parámetro de rotación imaginario . Si este parámetro de rotación fuera real , sería posible que una rotación de 180 ° invirtiera la dirección del tiempo y de z . Invertir la dirección de un eje es un reflejo del espacio en cualquier número de dimensiones. Si el espacio tiene 3 dimensiones, equivale a reflejar todas las coordenadas, porque podría incluirse una rotación adicional de 180 ° en el plano xy .
Esto define una transformación CPT si adoptamos la interpretación de Feynman-Stueckelberg de las antipartículas como las partículas correspondientes que viajan hacia atrás en el tiempo. Esta interpretación requiere una ligera continuación analítica , que está bien definida solo bajo los siguientes supuestos:
- La teoría es invariante de Lorentz ;
- El vacío es invariante de Lorentz;
- La energía está limitada a continuación.
Cuando se cumple lo anterior, la teoría cuántica puede extenderse a una teoría euclidiana, definida mediante la traducción de todos los operadores al tiempo imaginario utilizando el hamiltoniano . Las relaciones de conmutación del hamiltoniano y los generadores de Lorentz garantizan que la invariancia de Lorentz implica invariancia rotacional , de modo que cualquier estado puede rotar 180 grados.
Dado que una secuencia de dos reflejos CPT es equivalente a una rotación de 360 grados, los fermiones cambian por un signo bajo dos reflejos CPT, mientras que los bosones no. Este hecho se puede utilizar para probar el teorema de la estadística de espín .
Consecuencias e implicaciones
La implicación de la simetría CPT es que una "imagen especular" de nuestro universo, con todos los objetos con sus posiciones reflejadas a través de un punto arbitrario (correspondiente a una inversión de paridad ), todos los momentos invertidos (correspondientes a una inversión de tiempo ) y con toda la materia. reemplazado por antimateria (correspondiente a una inversión de carga ) - evolucionaría exactamente bajo nuestras leyes físicas. La transformación CPT convierte nuestro universo en su "imagen especular" y viceversa. Se reconoce que la simetría CPT es una propiedad fundamental de las leyes físicas.
Para preservar esta simetría, cada violación de la simetría combinada de dos de sus componentes (como CP) debe tener una violación correspondiente en el tercer componente (como T); de hecho, matemáticamente, son lo mismo. Por lo tanto, las violaciones en la simetría T a menudo se denominan violaciones CP .
El teorema CPT se puede generalizar para tener en cuenta los grupos de pines .
En 2002, Oscar Greenberg publicó una prueba aparente de que la violación del CPT implica la ruptura de la simetría de Lorentz . [7] Si es correcto, esto implicaría que cualquier estudio de la violación del CPT también incluye la violación de Lorentz. Sin embargo, Chaichian et al disputaron más tarde la validez del resultado de Greenberg. [8] Greenberg respondió que el modelo utilizado en su artículo significaba que su "objeción propuesta no era relevante para mi resultado". [9]
La inmensa mayoría de las búsquedas experimentales de violación de Lorentz han arrojado resultados negativos. Kostelecky y Russell proporcionaron una tabulación detallada de estos resultados en 2011. [10]
Ver también
- Simetría de Poincaré y teoría cuántica de campos
- Paridad (física) , conjugación de carga y simetría en T
- Violación de CP y kaon
- Resultados científicos de IKAROS
- Interacción gravitacional de la antimateria § teorema de CPT
Referencias
- ^ Kostelecký, VA (1998). "El estado de CPT". arXiv : hep-ph / 9810365 .
- ^ https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2020/03/25/the-one-symmetry-that-the-universe-forbids-us-from-violates/?sh=271c8cd42d4f
- ^ Schwinger, Julian (1951). "La Teoría de los Campos Cuantizados I". Revisión física . 82 (6): 914–927. Código Bibliográfico : 1951PhRv ... 82..914S . doi : 10.1103 / PhysRev.82.914 .
- ^ Lüders, G. (1954). "Sobre la equivalencia de la invariancia en la inversión del tiempo y en la conjugación partícula-antipartícula para teorías de campo relativistas". Kongelige Danske Videnskabernes Selskab, Matematisk-Fysiske Meddelelser . 28 (5): 1–17.
- ^ Pauli, W .; Rosenfelf, L .; Weisskopf, V., eds. (1955). Niels Bohr y el desarrollo de la física . McGraw-Hill . LCCN 56040984 .
- ^ Whitaker, Andrew (2016). John Stuart Bell y la física del siglo XX . Prensa de la Universidad de Oxford . ISBN 978-0198742999.
- ^ Greenberg, OW (2002). "La infracción de CPT implica la infracción de la invariancia de Lorentz". Cartas de revisión física . 89 (23): 231602. arXiv : hep-ph / 0201258 . Código Bibliográfico : 2002PhRvL..89w1602G . doi : 10.1103 / PhysRevLett.89.231602 . PMID 12484997 . S2CID 9409237 .
- ^ Chaichian, M .; Dolgov, AD; Novikov, VA; Tureanu, A. (2011). "La violación de CPT no conduce a la violación de la invariancia de Lorentz y viceversa". Physics Letters B . 699 (3): 177–180. arXiv : 1103.0168 . Código bibliográfico : 2011PhLB..699..177C . doi : 10.1016 / j.physletb.2011.03.026 . S2CID 118030079 .
- ^ Greenberg, OW (4 de mayo de 2011). "Comentarios sobre un desafío a la relación entre CPT y violación de Lorentz". arXiv : 1105.0927 . Código bibliográfico : 2011arXiv1105.0927G .
La objeción [ arXiv : 1103.0168 ] a mi teorema [ arXiv : hep-ph / 0201258 ] de que la violación de la simetría CPT implica la violación de la covarianza de Lorentz se basa en un modelo no local en el que los productos ordenados en el tiempo no están bien definidos. Usé la covarianza de productos ordenados en el tiempo como condición para la covarianza de Lorentz; por lo tanto, la objeción propuesta no es relevante para mi resultado.
Cite journal requiere|journal=
( ayuda ) - ^ Kostelecký, VA; Russell, N. (2011). "Tablas de datos para Lorentz y violación CPT ". Reseñas de Física Moderna . 83 (1): 11–31. arXiv : 0801.0287 . Código Bibliográfico : 2011RvMP ... 83 ... 11K . doi : 10.1103 / RevModPhys.83.11 . S2CID 3236027 .
Fuentes
- Sozzi, MS (2008). Simetrías discretas y violación de CP . Prensa de la Universidad de Oxford. ISBN 978-0-19-929666-8.
- Griffiths, David J. (1987). Introducción a las partículas elementales . Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-60386-3.
- RF Streater y AS Wightman (1964). PCT, spin y estadísticas, y todo eso . Benjamin / Cummings. ISBN 978-0-691-07062-9.
enlaces externos
- Información de antecedentes sobre Lorentz y la violación de CPT por Alan Kostelecký en Theoretical Physics Indiana University
- Kostelecký, V. Alan; Russell, Neil (2011). "Tablas de datos para Lorentz y violación CPT". Reseñas de Física Moderna . 83 (1): 11. arXiv : 0801.0287 . Código Bibliográfico : 2011RvMP ... 83 ... 11K . doi : 10.1103 / RevModPhys.83.11 . S2CID 3236027 .
- Berg, Marcus; Dewitt-Morette, Cécile; Gwo, Shangjr; Kramer, Eric (2001). "Los grupos de pines en física: C, P y T". Revisiones en Física Matemática . 13 (8): 953–1034. arXiv : matemáticas-ph / 0012006 . doi : 10.1142 / S0129055X01000922 . S2CID 119560073 .
- Simetría de carga, paridad e inversión de tiempo (CPT) en LBL
- Pruebas de invarianza CPT en decaimiento de Kaon neutral en LBL
- Ying, S. (2000). "Espacio-tiempo simetría, CPT y fermiones espejo". arXiv : hep-th / 0010074 .- Teoría de 8 componentes para fermiones en la que la paridad T puede ser un número complejo con unidad de radio. La invariancia CPT no es un teorema, pero es mejor tener propiedad en esta clase de teorías.
- Esta partícula rompe la simetría del tiempo : video de YouTube de Veritasium
- En el capítulo 15 de este libro de texto para estudiantes se ofrece una discusión elemental sobre la violación de CPT [1]