Частицу и античастицу отличают знаки зарядов (электрического заряда (Q), барионного числа (B, лептонных чисел (Le, Lμ, Lτ), странности (s), шарма (c), красоты (b), истины (t)). Операция зарядового сопряжения переводит частицы в античастицы, т.е. меняет знаки зарядов, оставляя неизменными пространственные переменные x, импульс p и момент импульса J.
x, p, J, Q, B, Le, Lμ, Lτ, s, c, b, t |
x, p, J, -Q, -B, -Le, -Lμ, -Lτ, -s, -c, -b, -t |
(1) |
Оператор заряда не коммутирует с оператором зарядового сопряжения Ĉ.
|Q> = q|Q>, | (2) |
Ĉ |Q> = |-Q>, | |
Ĉ |Q> = |-Q> = -q|-Q>, | (3) |
Ĉ|Q> = Ĉq|Q> = qĈ |-Q> = q|-Q>, | |
(Ĉ-Ĉ)|> = 2q|-Q> 0. | (4) |
Аналогичные соотношения существуют и для величин B, Le, Lμ, Lτ, s, c, b, t. Таким образом для заряженных частиц не существует уравнения на собственные значения оператора зарядового сопряжения:
Ĉ |Q> = λс|Q>. |
(5) |
Соотношение (5) имеет место только для истинно нейтральных
частиц или для нейтральных систем: частица-античастица.
В этом случае λс = +1 и называется
зарядовой четностью.
Зарядовая четность фотона λс = -1, так как
векторный потенциал, описывающий фотон, создается зарядами и токами, и он должен
менять знак в результате зарядового сопряжения.
Из того факта, что существует электромагнитный распад:
π02γ |
(6) |
и не наблюдается распад:
π03γ |
(7) |
следует, что λс(0) = +1.
Зарядовая четность с системы
частица + античастица определяется соотношением:
λс = (-1)l+s = (-1)j, |
где l - орбитальный момент относительного движения, j - суммарный момент пары частица-античастица.
Проведем операцию зарядового сопряжения для сильного распада ρ0-мезона
ρ0π+ + π−.
Так как
Ĉ |ρ0> = |ρ0>, Ĉ |> = |>,
то в результате операции C получим ту же реакцию:
С: |
В результате C-преобразования получается наблюдаемый в природе процесс.
Операция зарядового сопряжения для случая слабого распада π−-мезона
π−− + μ.
показана ниже
С: | ||
В результате C-преобразования получается мюонные антинейтрино с отрицательной спиральностью, которые в эксперименте не наблюдаются. Следовательно, в слабых взаимодействиях C-инвариантность нарушается.
Закон сохранения зарядовой четности Сильные и электромагнитные взаимодействия инвариантны относительно преобразования зарядовой четности. В слабых взаимодействиях зарядовая четность не сохраняется. |