שבירת סימטריית CP
בפיזיקת חלקיקים, שבירת סימטריית CP היא הפרה של סימטריית CP – סימטריית המטען-זוגיות (Charge–Parity symmetry). סימטריה זו משלבת שתי פעולות: סימטריית C (היפוך מטען), המחליפה חלקיק באנטי-חלקיק שלו, וסימטריית P (היפוך מרחב), ההופכת את סימני קואורדינטות המרחב של החלקיק.
סימטריית CP קובעת כי חוקי הפיזיקה צריכים להישאר זהים גם כאשר מחליפים חלקיק באנטי-חלקיק שלו ובו-זמנית מבצעים היפוך מרחבי מלא. שבירת סימטריית CP מתרחשת כאשר תהליכים פיזיקליים אינם מתנהגים באותו אופן תחת פעולה משולבת זו. כאשר סימטריית CP נשמרת, תהליך פיזיקלי ותהליך ה-CP-הופכי שלו מתרחשים באותה הסתברות. שבירת סימטריית CP מתרחשת כאשר יחס זה אינו מתקיים: התהליך המקורי ותהליך שבו מחליפים את החלקיק באנטי-חלקיק שלו ומבצעים היפוך מרחבי אינם שקולים זה לזה, ומתאפיינים בהסתברויות שונות. הבדל זה בקצבי התהליכים הוא הביטוי הפיזיקלי של הפרת CP, והוא נצפה לראשונה בהתפרקויות של מזוני K באינטראקציה החלשה.
סימטריית CP היא סימטריה מקורבת בין חלקיקים לאנטי-חלקיקים. בעבר חשבו שהסימטריה מדויקת ושעולם שמורכב מחומר יהיה שיקוף מלא בתכונותיו לעולם של אנטי-חומר, אך בשנות ה-60 נתגלתה שבירת הסימטריה הזו בניסוי התפרקות של קאונים[1]. על גילוי זה זכו ג'יימס קרונין וואל פיץ' בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1980.
CP באנגלית מייצג מטען וזוגיות (Charge Parity) שהן שתי תכונות של חלקיקים. אנטי-חלקיק הוא אותו חלקיק עם מטען וזוגיות הפוכים. הזוגיות היא תכונה הקובעת איך מתנהג חלקיק בהיפוך המרחב.
סימטריית P
[עריכת קוד מקור | עריכה]בפיזיקת חלקיקים, סימטריית P (Parity) היא סימטריית היפוך מרחב, שבה כל קואורדינטות המרחב מתהפכות את סימנן ((x,y,z)\rightarrow(-x,-y,-z)). פעולה זו שקולה לשיקוף של המערכת כולה דרך נקודה, והיא מאפשרת לבחון כיצד פונקציית הגל של חלקיק משתנה תחת היפוך מרחבי. בהתאם לכך, לכל חלקיק מיוחסת זוגיות (parity) — תכונה קוונטית המתארת אם פונקציית הגל שלו נשארת זהה (זוגיות חיובית) או מחליפה סימן (זוגיות שלילית) לאחר ביצוע היפוך מרחב.
סימטריית C
[עריכת קוד מקור | עריכה]סימטריית C (Charge conjugation) היא פעולה נפרדת, המחליפה חלקיק באנטי־חלקיק שלו. תחת פעולה זו מתהפכים המטען החשמלי ומספרי השימור הקשורים לטעם (כגון מוזרות וקסם), אך הזוגיות אינה משתנה. שילוב שתי הפעולות יוצר את סימטריית CP, המתארת היפוך בו־זמני של מטען ושל מרחב. תחת פעולה זו אנטי־חלקיק מאופיין במטען הפוך ובתגובה שונה להיפוך מרחב, בהתאם לזוגיות שלו. סימטריית CP ממלאת תפקיד מרכזי בתיאור האינטראקציות היסודיות, ובפרט בהבנת מצבים שבהם הסימטריה נשמרת או מופרעת, כגון בהפרת CP באינטראקציה החלשה.
היפוך מרחב (Parity) הוא פעולה סימטרית שבה הופכים את כל סימניהן של קואורדינטות המרחב ((x,y,z)\(-x,-y,-z)). פעולה זו שקולה לשיקוף של המערכת כולה דרך נקודה, והיא מאפשרת לבחון כיצד פונקציית הגל של חלקיק משתנה תחת היפוך מרחבי. בהתאם לכך, לכל חלקיק מיוחסת זוגיות (parity), תכונה קוונטית שמתארת אם פונקציית הגל שלו נשארת זהה (זוגיות חיובית) או מחליפה סימן (זוגיות שלילית) לאחר ביצוע היפוך מרחב.
סימטריית CP משלבת את פעולת היפוך המרחב (P) עם פעולת היפוך מטען (C), המחליפה חלקיק באנטי-חלקיק שלו. תחת פעולה זו, אנטי-חלקיק מאופיין במטען הפוך ובזוגיות הפוכה ביחס לחלקיק המקורי. סימטריית CP ממלאת תפקיד מרכזי בתיאור האינטראקציות היסודיות, ובפרט בהבנת מצבים שבהם הסימטריה נשמרת או מופרעת, כגון בהפרת CP באינטראקציה החלשה, המכונה גם הכוח הגרעיני החלש, שהיא אחת מארבע האינטראקציות היסודיות בטבע. שני המונחים משמשים לסירוגין בפיזיקה גרעינית ובפיזיקת חלקיקים. האינטראקציה החלשה אחראית לתהליכים כגון דעיכת בטא, שינוי טעם של קווארקים, ותופעות שבהן נשברים סימטריות בסיסיות של הטבע.
האינטראקציה החלשה היא היחידה שבה נצפתה שבירת סימטריית CP בתהליכים תת-אטומיים. שבירה זו התגלתה לראשונה בהתפרקויות של מזוני K, והיא ממלאת תפקיד מרכזי בהבנת האסימטריה בין חומר לאנטי-חומר ביקום.
שבירת סימטריית CP פירושה שכוחות בטבע פועלים באופן שונה על חלקיקים מאשר על אנטי-חלקיקים. התופעה נתגלתה מאוחר יחסית, כי הסימטריה נשמרת תחת מרבית הכוחות: הכח האלקטרומגנטי, הכוח הגרעיני החזק, כוח הכבידה. רק הכוח הגרעיני החלש שובר את סימטריית CP.
כיום כאמור ידוע ש-CP היא סימטריה לא מדויקת (אם כי עדיין משמשת קירוב טוב לתהליכים רבים) והסימטריה השלמה יותר היא סימטריית CPT, שכל הכוחות בטבע משמרים, עובדה שאושרה בכל הניסויים עד כה.
משמעות
[עריכת קוד מקור | עריכה]עולם בעל סימטריית CP יכיל כמויות שוות של חומר ואנטי חומר. כפי שידוע לנו מתצפיות אסטרונומיות בכל היקום הנראה, היקום מכיל כמות גדולה בהרבה של חומר מאשר של אנטי-חומר, ולכן אינו סימטרי תחת CP. שבירת הסימטריה נמדדת גם באופן ישיר במאיצי חלקיקים. נכון להיום, השבירה של סימטריית CP במודל הסטנדרטי, שתואמת לתוצאות במאיצים, קטנה מכדי להסביר את כמות החומר ביקום. זו אחת מהבעיות התאורטיות העיקריות של המודל הסטנדרטי, הנקראת גם בעיית הבאריוגנזה (יצירת חומר באריוני).
ראו גם
[עריכת קוד מקור | עריכה]קישורים חיצוניים
[עריכת קוד מקור | עריכה]- שבירת סימטריית CP, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
הערות שוליים
[עריכת קוד מקור | עריכה]- ↑ CP-Violation
in C. Amsler et al. (Particle Data Group), Physics Letters B667, 1 (2008);
J.H. Christenson et al., Phys. Rev. Lett. 13, 138 (1964)
