Was unterscheidet das Verhalten eines Teilchens von seinem Antiteilchen: C-Verletzung oder CP-Verletzung?

Die Operation, die Teilchen auf Antiteilchen abbildet, ist gerecht$C$. (Dies ist eine gewisse Vereinfachung. Besser zu sagen ist, dass in Theorien mit$C$Symmetrie können Sie Teilchenzustände mit denselben Raumzeit-Quantenzahlen, aber entgegengesetzten internen Quantenzahlen paaren. Wenn$C$verletzt wird, kann es sein, dass es keine Paarung gibt, die die Quantenzahlen richtig macht. In extremen Fällen gibt es möglicherweise keine Möglichkeit, a zu definieren$C$-ähnlicher Operator überhaupt, egal wie Sie die Quantenzahlen ändern; Ein Beispiel ist eine Theorie mit einem einzelnen Weyl-Spinor. In solchen Fällen können Sie immer noch mit eine Paarung definieren$CP$, falls vorhanden, oder falls dies nicht der Fall ist, verwenden$CPT$, die immer existiert und erhalten bleibt, aber diese Paarungen haben nicht die vertrauten Eigenschaften, die Sie erwarten würden. Vieles mehr finden Sie hier und hier .)

Warum konzentrieren sich die Menschen auf$CP$Verstoß? Das Problem ist das$C$Verletzung ist im Standardmodell allgegenwärtig; in der Tat ist es in gewissem Sinne so stark wie möglich in den geladenen Strom schwache Wechselwirkungen. Es gibt jedoch interessante Phänomene, die beides erfordern $C$Verstoß u$CP$Verstoß. Also seit$CP$Verletzung ist der schwierige Teil, wir sprechen viel mehr darüber.

Ein Schlüsselbeispiel ist die Entstehung eines Materie/Antimaterie-Ungleichgewichts in der Baryogenese. Nehmen wir der Einfachheit halber an$C$Und$CP$sind beide definiert, obwohl sie möglicherweise nicht befolgt werden. Für beliebige Teilchenzustände$i$Und$f$, gibt es vier verwandte Prozesse:

$$i \to f, \quad \bar{i} \to \bar{f}, \quad i_P \to f_P, \quad \bar{i}_P \to \bar{f}_P$$ wobei ein Balken das Antiteilchen bezeichnet, definiert durch die Wirkung von$C$. Wenn diese Prozesse Raten haben$a$,$b$,$c$, Und$d$, und die Staaten haben unterschiedliche Baryonenzahlen, dann ist die Verletzungsrate der Baryonenzahl proportional zu $$a - b + c - d.$$ Wenn$C$Symmetrie wird dann befolgt$a = b$Und$c = d$, was eine Rate von Null ergibt. Wenn$CP$Symmetrie wird dann befolgt$a = d$Und$b = c$, was wiederum eine Rate von Null ergibt. Man braucht beides $C$Und$CP$Verletzung, um Baryogenese zu bekommen.

Leider werden diese Aussagen in der Populärwissenschaft manchmal zu einfach zu "$CP$unterscheidet Materie von Antimaterie", was verwirrend ist.