Die schwache Kraft koppelt nur an linkschirale Felder, was mathematisch durch einen chiralen Projektionsoperator ausgedrückt wird in den entsprechenden Kopplungstermen in der Lagrange-Funktion.
Diese merkwürdige Tatsache der Natur wird allgemein als Paritätsverletzung bezeichnet , und ich frage mich, warum? Macht dieser Name aus heutiger Sicht Sinn?
Meine Frage basiert auf der Beobachtung:
Ein Dirac-Spinor (in der chiralen Darstellung) reiner Chiralität transformiert sich unter Paritätstransformationen:
Chiralität ist eine Lorentz-invariante Größe und ein links-chirales Teilchen wird nicht durch Paritätstransformationen in ein rechts-chirales Teilchen umgewandelt. (Das transformierte Objekt lebt in einer anderen Darstellung der Lorentz-Gruppe, wo der untere Weyl-Spinor den links-chiralen Teil bezeichnet .)
Verstehen Sie, woher der Name historisch stammt (siehe letzter Absatz), aber wäre die Verletzung der Chiralität aus heutiger Sicht nicht viel sinnvoller?
Etwas Hintergrund:
Fermionen werden durch Dirac-Spinoren beschrieben, die sich entsprechend transformieren Darstellung der (Doppelcover der) Lorentz-Gruppe. Weyl-Spinoren Umformung nach Darstellung werden als linkschiral bezeichnet und solche, die sich entsprechend transformieren Darstellung werden als rechtschiral bezeichnet . Ein Dirac-Spinor ist (in der chiralen Darstellung)
Der Effekt einer Paritätstransformation ist
Nun können wir den Effekt einer Paritätstransformation auf einen Zustand mit reiner Chiralität untersuchen:
Das bedeutet, wir haben nach einer Paritätstransformation immer noch einen links-chiralen Spinor, nur anders geschrieben, und keinen rechts-chiralen. Chiralität ist eine Lorentz-invariante Größe. Trotzdem wird die Tatsache, dass nur linkschirale Teilchen schwach interagieren, allgemein als Paritätsverletzung bezeichnet, und ich frage mich, ob dies noch ein vernünftiger Name ist oder nur von historischer Bedeutung?
Kurze Bemerkung zur Geschichte
Ich weiß, dass früher angenommen wurde, dass Neutrinos masselos sind, und dass für masselose Teilchen Helizität und Chiralität gleich sind. Eine Paritätstransformation transformiert ein linkshändiges Teilchen in ein rechtshändiges Teilchen. Beim berühmten Wu-Experiment konnten nur linkshändige Neutrinos beobachtet werden, daher kommt die Namensparitätsverletzung. Aber macht dieser Name heute Sinn, da wir wissen, dass Neutrinos Masse und damit Chiralität haben? Helizität.
Ja, die Parität wird wirklich verletzt, selbst wenn Neutrinos massiv sind. Sie scheinen die Beziehung zwischen Parität, Helizität und Chiralität im modernen Standardmodell mit der physikalischen Symmetrieoperation der räumlichen Inversion zu verwechseln.
Wus Experiment hat die Neutrino-Helizität nicht gemessen. Wu und Mitarbeiter präparierten eine dünne Schicht eines Beta-emittierenden Kerns mit ziemlich hohem Spin, polarisierten die Kerne und beobachteten, dass die Beta-Teilchen eher vom „Südpol“ des Kerns als vom „Nordpol“ emittiert wurden. " Warum ist das eine Paritätsverletzung? So wie du es definierstDer "Nordpol" eines rotierenden Objekts besteht darin, es mit der rechten Hand zu greifen, sodass sich die Finger Ihrer rechten Hand im gleichen Sinne wie die Drehung krümmen. Der „Nordpol“ ist der, wo dein Daumen hingeht, und der „Südpol“ ist der andere. Die Spiegelreflexion (die ein Sonderfall der Paritätstransformation ist) verwandelt Ihre rechte Hand in eine linke Hand und ändert den Pol, den Sie als "Norden" bezeichnen, für denselben Drehsinn.
Das folgende Papier in dieser Ausgabe von PRL, von Garwin et al ., zeigt, dass beim Zerfall Myonen entstehen sind polarisiert. Eine solche Polarisation ist eine Verletzung der Paritätssymmetrie, da das Pion einen Spin von Null hat und ein gestopptes Pion daher keine Präferenz bezüglich der Spinrichtungen seiner Töchter ausdrücken kann. Dieses Experiment war auch das erste, bei dem die magnetischen Momente für Myon und Antimyon gemessen wurden.
Die Aussage, die man produzieren kann, polarisiert von spinlos im Verfall legt nahe, dass bei diesem Zerfall auch die Neutrinos polarisiert entstehen sollten. Es wird jedoch allgemein angenommen, dass die erste Messung der Neutrino-Helizität später im selben Jahr von Goldhaber und Mitarbeitern durchgeführt wurde. Die Analyse des Goldhaber-Experiments erfordert, dass Sie ein wenig Zeit damit verbringen, sorgfältig über Kernspins nachzudenken.
Tatsächlich wurde 1927 entdeckt, dass unpolarisierte Beta-Quellen leicht linkshändig polarisierte Elektronen erzeugen, obwohl die Bedeutung damals nicht verstanden wurde und das Papier in Vergessenheit geriet, bis es 1958 von Grodzins ausgegraben wurde. Allan Franklin nennt es „die Nichtentdeckung der Parität“. Nichterhaltung."
Eine Paritätsverletzung ist in dem instinktiven Sinne real, dass, wenn Sie mir ein (ausreichend detailliertes) Foto eines Experiments mit schwacher Wechselwirkung mit polarisierten Teilchen zeigen würden, ich Ihnen im Prinzip sagen könnte, ob das Foto reflektiert wurde oder nicht.
Schwache Wechselwirkungen mit und Eichbosonen verletzen die Parität einfach deshalb, weil die rechtshändigen und die linkshändigen Fermionen unterschiedlich gekoppelt sind und . Zum Beispiel die 's Paar nur zu den linkshändigen Feldern. Eine paritätsunabhängige Dynamik würde erfordern, dass sowohl das linke als auch das rechte Feld in gleicher Weise an den Eichvektor koppeln, da sie bei der Paritätstransformation ausgetauscht werden.
Etwas technischer ausgedrückt müssen sich die Eichbosonen als polare Vektoren unter Parität transformieren (weil sie eine kovariante Ableitung mit bilden der polar ist) und daher sollten sie, um die Parität zu bewahren, an einen polaren Vektorstrom gekoppelt werden wie zum Beispiel . Stattdessen die 's paar zu Strom des Typs . Während Term als Polarvektor transformiert, ist es nicht schwer zu sehen, dass die Termtransformation stattdessen als axialer Vektor. Um die Parität wiederherzustellen, sollte man einen Rechtsstrom hinzufügen dass Paare mit der gleichen Stärke zu so, dass die würde fallen.
Lassen Sie uns überprüfen, ob die Parität durch den Lagrangian der schwachen Wechselwirkung verletzt wird:
Okay, ich glaube, ich habe eine Idee, warum die Terminologie verwendet wird, aber ich denke, dieses Argument macht wenig Sinn:
Der Lagrange-Term, der schwache Wechselwirkungen beschreibt, hat die Form
Unter Paritätstransformationen und , deshalb
Wir können den paritätstransformierten Lagrangian transformieren, indem wir die explizite Form von verwenden und :
was zeigt, dass der Term der schwachen Wechselwirkung in der Lagrange-Funktion unter Paritätstransformationen nicht invariant ist. Diese Argumentation halte ich für falsch!
Die obige Diskussion verfehlt das unter Paritätstransformationen . Wenn wir dies berücksichtigen, ist der entsprechende Term in der Lagrange-Funktion invariant und schwache Wechselwirkungen sind invariant unter Paritätstransformationen .
Wir können das sehen, weil wir für einen gewöhnlichen Dirac-Spinor den Projektionsoperator haben:
und für den paritätstransformierten Dirac-Spinor der linkschirale Projektionsoperator ist
Die paritätstransformierten Dirac-Spinoren leben in einer anderen Darstellung und deshalb brauchen wir andere Projektionsoperatoren. Die obige Diskussion zeigt die Transformation unter Parität
was die Invarianz zeigt.
Ich denke, es liegt daran, dass Sie zuerst das Vorzeichen ändern zu im physikalischen Raum (das ist kurz gesagt die Paritätstransformation). All diese eigentümliche Algebra in Bezug auf linke und rechte Chiralitätsfelder kommt daher Lorenz-Gruppendarstellung, so dass Transformationsregeln als Repräsentanten der Paritätstransformation des physikalischen Raums definiert sind.
Jerry Schirmer