CP de simetrie

In fizica , CP simetrie este aproape exactă simetrie a legilor naturii sub efectul schimbului simultană a particulelor cu corespunzătoare antiparticule ( C simetrie ) și inversarea coordonatelor spațiale ( P simetrie ). Această simetrie este considerată mai fundamentală decât C și P unice, care sunt încălcate grosolan în toate fenomenele fizice din cauza interacțiunii slabe .

Un sistem fizic sau fenomen prezintă simetrie CP atunci când, prin efectuarea schimburilor menționate mai sus, se obține încă un sistem sau fenomen observat în natură. De exemplu, un neutrino există în natură, într-o foarte bună aproximare, cu o singură direcție posibilă pentru rotirea sa. Sub efectul schimbului cu antiparticulele sale, sau conjugarea sarcinii, s-ar obține un anti-neutrino cu aceeași direcție de centrifugare, care nu există în natură; în mod similar, sub efectul operației de paritate, s-ar obține un neutrino cu direcție relativă opusă a spinului, care nu este de asemenea observat în natură. Efectuând ambele operații avem un anti-neutrino cu un spin inversat, care este o particulă reală.

Încălcări ale simetriei

Când simetria CP nu este respectată, vorbim despre o încălcare a simetriei CP sau, pe scurt, o încălcare a CP ; este cea mai mică încălcare a simetriei fizice cunoscută în natură și ca atare reprezintă unul dintre cele mai active domenii de cercetare din fizica elementară a particulelor . Posibilitatea încălcării CP este prevăzută de teoria interacțiunii electro-slabe datorită prezenței unei faze complexe în matricea CKM ; o condiție necesară apariției acestei faze este prezența a cel puțin trei generații de quarks . Chiar și teoria interacțiunilor puternice , cromodinamica cuantică , admite încălcarea simetriei CP, dar, spre deosebire de cazul interacțiunii slabe, nu există dovezi experimentale ale încălcării în acest context. Aceasta constituie așa-numita problemă CP puternică .

Încălcarea simetriei CP, într-o așa-numită formă indirectă, a fost descoperită pentru prima dată în 1964 la laboratorul din Brookhaven din SUA în experimente pe procese care implică kaon neutru, ceea ce i-a adus lui James Premiul Nobel pentru fizică din 1980. Cronin și Val Fitch . La sfârșitul celor treizeci de ani de campanii de cercetare, o a doua manifestare a încălcării simetriei CP referitoare întotdeauna la kaoni , așa-numita încălcare directă, a fost anunțată în 2001 prin experimente efectuate la CERN din Geneva și Fermilab din SUA: această descoperire a dovedit că încălcarea CP este un fenomen universal în procese din cauza interacțiunilor slabe. În 2002, încălcarea CP a fost demonstrată în continuare de experimentele BaBaR , realizate de o colaborare internațională a mai multor sute de oameni de știință la acceleratorul de particule liniare Stanford din California și de Experimentul Belle , un proiect similar la acceleratorul KEK din California . Tsukuba , Japonia . Dacă simetria CP ar fi exactă, rata de descompunere a mezonului B și a anti-particulelor sale ar fi identică în fiecare stare finală, în timp ce experimentele de mai sus s-au dovedit contrare. Rezultatele sunt definitive și au fost derivate din analiza rezultatelor a multe milioane de evenimente. ^{[1] [2]} În 2019, încălcarea CP a fost demonstrată și în experimentele care implică mezoni D neutri ^[3] .

Încălcarea simetriei CP este de o importanță fundamentală, deoarece demonstrează că în legile Naturii există o mică asimetrie între materie și antimaterie . Această asimetrie ar fi determinat prevalența primului asupra celui de-al doilea, dând naștere asimetriei barionice și oferind explicația că întregul univers observabil este format din particule și nu din anti-particule. Dacă simetria ar fi fost perfectă, anihilarea completă dintre materie și antimaterie ar fi împiedicat formarea universului prezent.

Asimetria materie-antimaterie care poate apărea ca urmare a unei încălcări a simetriei CP în quarkuri , combinată cu alte fenomene necesare, cum ar fi încălcarea numărului barionic și condiția ca procesul să se producă în non-echilibru termodinamic, poate totuși să nu fie suficient pentru a explica asimetria reală observată astăzi. S-a propus că o încălcare a simetriei CP în leptoni ar putea explica diferența curentă materie-antimaterie printr-un proces numit leptogeneză ^[4] . Încălcarea în leptoni a fost evidențiată pentru prima dată în 2020 de grupul T2K („Tokai to Kamioka”), care folosind observatorul de neutrini Super-Kamiokande a observat o asimetrie CP între oscilațiile neutrino și antineutrino . Măsurătorile viitoare cu seturi de date mai mari ar putea testa dacă încălcarea CP lepton este mai mare decât încălcarea CP în quarks. ^[5]

În același timp, mai multe programe experimentale își propun să caute anti-particule primordiale în univers.

Notă

Bibliografie

• Sozzi, MS, Simetriile discrete și încălcarea CP , Oxford University Press, 2008, ISBN 978-0-19-929666-8 .
• Griffiths, David J., Introducere în particulele elementare , Wiley, John & Sons, Inc, 1987, ISBN 0-471-60386-4 .
• RF Streater și AS Wightman, PCT, statistici de spin și toate acestea , Benjamin / Cummings, 1964, ISBN 0-691-07062-8 .

Elemente conexe

• Interacțiuni fundamentale
• Legea conservării
• Lista particulelor
• Simetrie (fizică)
• Asimetria barionică
• Simetria CPT
• Simetria C

linkuri externe

• [1] I. Bigi, încălcarea CP, un mister esențial în marele design al naturii . Conferință invitată susținută la XXV ITEP Winterschoold of Physics, 18-27 februarie 1997, Moscova, Rusia, la „Frontiers in Contemporary Physics”, 11-16 mai 1997, Universitatea Vanderbilt, Nashville, SUA și la Școala Internațională de Fizică „Enrico Fermi”, Curs CXXXVII „Fizică cu arome grele: o sondă a marelui design al naturii”, Varenna, Italia, 8-18 iulie 1997. hep-ph / 9803479.
• Site-ul oficial BaBar , la slac.stanford.edu .
• Site-ul oficial Belle , la belle.kek.jp .
• Simetrie de încărcare, paritate și inversare a timpului (CPT) , la lbl.gov .
• Grup de date despre particule pe CPT ( PDF ), pe pdg.lbl.gov .

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica