تناظر CPT

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

تناظر الشحنة والتكافؤ وانعكاس الزمن هو تناظر أساسي للقوانين الفيزيائية في ظل التحولات المتزامنة لترافق الشحنة (C) وتحويل التكافؤ (P) وانعكاس الزمن (T). يُعدّ تناظر الشحنة والتكافؤ وانعكاس الزمن (CPT) التركيبة الوحيدة لهذه التحولات التي لوحظ أنها تمثل تناظرًا دقيقًا في الطبيعة على المستوى الأساسي. [ 1 ] [ 2 ] تنص نظرية CPT على أن تناظر CPT ينطبق على جميع الظواهر الفيزيائية، أو بتعبير أدق، أن أي نظرية حقل كمومي محلية ثابتة لورنتز ذات هاميلتوني هيرميتي يجب أن تتمتع بتناظر CPT. بعبارة أخرى، ينص هذا على أن كونًا مضادًا للمادة ، معكوسًا، ومعكوسًا زمنيًا، سيتصرف تمامًا كما يتصرف الكون العادي.

تاريخ

ظهرت نظرية CPT لأول مرة، ضمنيًا، في عمل جوليان شوينجر عام 1951 لإثبات العلاقة بين اللف المغزلي والإحصاء . [ 3 ] وفي عام 1954، قدم جيرهارت لودرز وولفجانج باولي براهين أكثر وضوحًا، [ 4 ] [ 5 ] ولذلك تُعرف هذه النظرية أحيانًا باسم نظرية لودرز-باولي. وفي نفس الوقت تقريبًا، وبشكل مستقل، أثبت جون ستيوارت بيل هذه النظرية أيضًا . [ 6 ] [ 7 ] وتستند هذه البراهين إلى مبدأ ثبات لورنتز ومبدأ الموضعية في تفاعل الحقول الكمومية. وفي وقت لاحق، قدم ريس جوست برهانًا أكثر عمومية عام 1958 باستخدام إطار نظرية الحقل الكمومي البديهية .

كشفت الجهود المبذولة في أواخر خمسينيات القرن العشرين عن انتهاك تناظر P بواسطة ظواهر تتضمن القوة الضعيفة ، كما وُجدت انتهاكات معروفة لتناظر C أيضًا. لفترة وجيزة، ساد الاعتقاد بأن تناظر CP محفوظ في جميع الظواهر الفيزيائية، ولكن في ستينيات القرن العشرين، تبيّن لاحقًا أن هذا الاعتقاد خاطئ أيضًا، مما يعني، وفقًا لثبات CPT ، وجود انتهاكات لتناظر T كذلك.

اشتقاق نظرية CPT

لنفترض وجود تحويل لورنتز في اتجاه ثابت z . يمكن تفسير ذلك على أنه دوران لمحور الزمن حول المحور z ، مع معامل دوران تخيلي . إذا كان معامل الدوران هذا حقيقيًا ، فسيكون من الممكن لدوران 180° أن يعكس اتجاه الزمن والمحور z . إن عكس اتجاه أحد المحاور هو انعكاس للفضاء في أي عدد من الأبعاد. إذا كان للفضاء ثلاثة أبعاد، فإن ذلك يكافئ عكس جميع الإحداثيات، لأنه يمكن تضمين دوران إضافي بمقدار 180° في المستوى xy .

يُعرّف هذا تحويل CPT إذا اعتمدنا تفسير فاينمان-شتوكلبرغ للجسيمات المضادة باعتبارها الجسيمات المقابلة التي تتحرك عكسيًا في الزمن. يتطلب هذا التفسير استمرارًا تحليليًا طفيفًا ، والذي يكون مُعرّفًا جيدًا فقط في ظل الافتراضات التالية:

  1. النظرية ثابتة لورنتز ؛
  2. الفراغ ثابت لورنتز؛
  3. الطاقة محدودة من الأسفل.

عندما تتحقق الشروط المذكورة أعلاه، يمكن توسيع نظرية الكم لتشمل نظرية إقليدية، تُعرَّف بتحويل جميع المؤثرات إلى زمن تخيلي باستخدام الهاميلتوني . تضمن علاقات التبادل بين الهاميلتوني ومولدات لورنتز أن ثبات لورنتز يستلزم ثبات الدوران ، بحيث يمكن تدوير أي حالة بمقدار 180 درجة.

بما أن سلسلة من انعكاسين CPT تعادل دورانًا بزاوية 360 درجة، فإن الفرميونات تغير إشارتها تحت تأثير انعكاسين CPT، بينما لا تتغير البوزونات . ويمكن استخدام هذه الحقيقة لإثبات نظرية الإحصاء الدوراني .

العواقب والآثار

يُشير تناظر CPT إلى أن "صورة معكوسة" لكوننا - حيث تنعكس مواقع جميع الأجسام عبر نقطة عشوائية (ما يُقابل انعكاسًا للتكافؤ )، وتنعكس جميع الزخمات (ما يُقابل انعكاسًا للزمن )، وتُستبدل جميع المادة بالمادة المضادة (ما يُقابل انعكاسًا للشحنة ) - ستتطور وفقًا لقوانيننا الفيزيائية تمامًا. يُحوّل تحويل CPT كوننا إلى "صورة معكوسة" له، والعكس صحيح. [ 8 ] يُؤدي عدم اليقين الكمومي إلى عدم كون الكون والكون المضاد صورتين معكوستين تمامًا لبعضهما البعض. [ 9 ] يُعتبر تناظر CPT خاصية أساسية للقوانين الفيزيائية؛ لكن الكون المضاد المعكوس يبقى نظريًا.

للحفاظ على هذا التناظر، يجب أن يقابل كل انتهاك للتناظر المركب لمكونين منه (مثل CP) انتهاك مماثل في المكون الثالث (مثل T)؛ في الواقع، رياضياً، هما الشيء نفسه. لذا، غالباً ما يُشار إلى انتهاكات تناظر T بانتهاكات CP .

يمكن تعميم نظرية CPT لتأخذ في الاعتبار مجموعات الدبابيس .

في عام 2002 أثبت أوسكار غرينبيرغ أنه بافتراضات معقولة، فإن انتهاك CPT يستلزم كسر تناظر لورنتز . [ 10 ]

من المتوقع حدوث انتهاكات لتناظر CPT في بعض نماذج نظرية الأوتار ، وكذلك في بعض النماذج الأخرى التي تقع خارج نظرية الحقل الكمومي للجسيمات النقطية. كما أن بعض الانتهاكات المقترحة لتناظر لورنتز، مثل البعد المضغوط ذي الحجم الكوني، قد تؤدي إلى انتهاك تناظر CPT. كذلك، فإن النظريات غير الوحدوية، مثل تلك التي تفترض انتهاك الثقوب السوداء للوحدوية، قد تنتهك تناظر CPT. ومن الناحية الفنية، فإن الحقول ذات اللف المغزلي اللانهائي قد تنتهك تناظر CPT. [ 11 ]

أسفرت الغالبية العظمى من عمليات البحث التجريبية عن انتهاك تناظر لورنتز عن نتائج سلبية. وقد قدم كوستيليكي وراسل جدولاً مفصلاً لهذه النتائج في عام 2011. [ 12 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ^ كوستيليكي، فيرجينيا (1998). “حالة CPT”. أرخايف : hep-ph/9810365 .
  2. ↑ سيجل، إيثان. "هذا هو التناظر الوحيد الذي يجب ألا ينتهكه الكون أبدًا" . فوربس .
  3. ↑ شوينجر، جوليان (1951). "نظرية الحقول الكمومية 1". مجلة Physical Review . 82 (6): 914–927 . Bibcode : 1951PhRv...82..914S . doi : 10.1103/PhysRev.82.914 . S2CID 121971249 . 
  4. ^ لودرز، ج. (1954). “حول معادلة الثبات في ظل عكس الزمن وتحت اقتران الجسيمات والجسيمات المضادة لنظريات المجال النسبي”. Kongelige Danske Videnskabernes Selskab، Matematisk-Fysiske Meddelelser . 28 (5): 1- 17.
  5. ↑ باولي، دبليو؛ روزنفيلف، إل؛ فايسكوف، في، محرران (1955). نيلز بور وتطور الفيزياء . ماكجرو هيل . رمز Bibcode : 1955nbdp.book.....P . رقم مكتبة الكونغرس 56040984 . 
  6. ↑ ويتاكر، أندرو (2016). جون ستيوارت بيل وفيزياء القرن العشرين . مطبعة جامعة أكسفورد . ISBN 978-0198742999.
  7. ↑ بيل، جون ستيوارت (1955). "انعكاس الزمن في نظرية المجال". وقائع الجمعية الملكية بلندن، السلسلة أ ، 231 (1187): 479-495 . رمز Bibcode : 1955RSPSA.231..479B . doi : 10.1098/rspa.1955.0189 . S2CID 123577175 . 
  8. ↑ قد يكون لكوننا توأم يسير عكس الزمن. بول ساتر، لايف ساينس. ١٦ مارس ٢٠٢٢
  9. ↑ بويل، لاثام؛ فين، كيران؛ تروك، نيل (2018-12-20). "الكون المتناظر CPT". رسائل المراجعة الفيزيائية . 121 (25) 251301. arXiv : 1803.08928 . Bibcode : 2018PhRvL.121y1301B . doi : 10.1103/ PhysRevLett.121.251301 . ISSN 0031-9007 . PMID 30608856. S2CID 58638592 .   
  10. ↑ غرينبيرغ، أو. دبليو. (2002). "انتهاك CPT يستلزم انتهاك ثبات لورنتز". رسائل المراجعة الفيزيائية . 89 (23) 231602. arXiv : hep-ph/0201258 . Bibcode : 2002PhRvL..89w1602G . doi : 10.1103/ PhysRevLett.89.231602 . PMID 12484997. S2CID 9409237 .  
  11. ↑ لينرت، رالف (نوفمبر 2016). "تناظر CPT وانتهاكه" . التناظر . 8 (11): 114. Bibcode : 2016Symm....8..114L . doi : 10.3390/sym8110114 . ISSN 2073-8994 . 
  12. ↑ كوستيليكي، ف.أ.؛ راسل، ن. (2011). "جداول بيانات لانتهاك تناظر لورنتز وتناظر CPT ". مراجعات الفيزياء الحديثة . 83 (1): 11-31 . arXiv : 0801.0287 . Bibcode : 2011RvMP...83...11K . doi : 10.1103/RevModPhys.83.11 . S2CID 3236027 . 

مصادر

  • سوزي، إم إس (2008). التناظرات المنفصلة وانتهاك تناظر الشحنة الزوجية . مطبعة جامعة أكسفورد. رقم ISBN 978-0-19-929666-8.
  • غريفيث، ديفيد ج. (1987). مقدمة في الجسيمات الأولية . وايلي، جون وأولاده، المحدودة. ISBN 978-0-471-60386-3.
  • آر إف ستريتر وإيه إس وايتمان (1964). نظرية التناسب، والتأثير، والإحصاء، وكل ما يتعلق بها . بنجامين/كامينغز. رقم ISBN 978-0-691-07062-9.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )