סימטריית CPT

סימטריית CPT בפיזיקה תאורטית ופיזיקת חלקיקים היא סימטריה מדויקת (exact symmetry), כלומר, סימטריה שאינה מופרת לעולם, בשום תהליך פיזיקלי מוכר. היא מייצגת סימטריה של חוקי הטבע הבסיסיים להפעלה בו זמנית של שלוש פעולות בדידות (דיסקרטיות): היפוך מטען (C), היפוך מרחב (P) והיפוך זמן (T).

סימטריית היפוך מטען – סימטריית C, או charge symmetry או charge-conjugation symmetry, היא סימטריה תחת שינוי מטען של חלקיק מסוים, מחיובי לשלילי או להפך. אחד המטענים המשתנים הוא המטען החשמלי, אך סימטריית C מתייחסת גם לשאר המספרים הקואנטיים החיבוריים (additive quantum numbers), כגון איזוספין חלש, איזוספין, קסם וכדומה. סימטריה זו אינה משפיעה על תכונות אחרות של החלקיק, כגון המסה, התנע או הספין. חלקיקים ואנטי-חלקיקים הם סימטריים זה לזה תחת סימטריית C: לפרוטון יש מספרים קואנטיים נגדיים לאלו של האנטיפרוטון (כגון מטען חשמלי של 1 לעומת מינוס 1), אך לשניהם יש את אותם מסה, תנע וספין.
סימטריית שיקוף או סימטריית זוגיות – סימטריית P, או parity symmetry, היא סימטריה תחת היפוך הקואורדינטות של המרחב, בדומה לשיקוף במראה. מתמטית, היא מיוצגת על ידי הפעולה:

$\mathbf {P} :{\begin{pmatrix}x\\y\\z\end{pmatrix}}\mapsto {\begin{pmatrix}-x\\-y\\-z\end{pmatrix}}$

סימטריית היפוך זמן – סימטריית T, או time symmetry, מציינת את היפוך כיוון התקדמות הזמן. מתמטית, היא מיוצגת על ידי הפעולה:

$\mathbf {T} :t\mapsto -t$

כאשר מופעלת יותר מסימטריה אחת בו זמנית, נהוג לסמן זאת עם צירוף האותיות של הסימטריות הרצויות. לדוגמה, היפוך המרחב יחד עם היפוך המטען הוא הפעלת סימטריית CP. אם חוקי הפיזיקה אינם משתנים תחת הפעלת סימטריה מסוימת, התאוריה סימטרית תחת אותה סימטריה. סימטריה הנשמרת מרבית הזמן, אך קיים תהליך פיזיקלי המסוגל לשבור אותה (כלומר, המערכת הפיזיקלית שהתקיימה לפני התהליך אינה סימטרית לזו הקיימת אחריו), היא סימטריה מקורבת (approximate symmetry). דוגמה לכך היא סימטריית CP, המספקת קירוב טוב מאוד של מרבית הפעולות בטבע. עם זאת, הכוח החלש מסוגל לגרום שבירת סימטריית CP.

משפט CPT

לעומת הצירופים האחרים של C, P ו-T, הרי צירוף כל השלושה מייצג סימטריה מדויקת, היא סימטריית CPT. הווה אומר, בכל תהליך פיזיקלי מוכר, אם משנים את כל שלושת הגדלים (מספרים קוונטיים, זוגיות וזמן) לערכיהם הנגדיים, המערכת נותרת סימטרית. חשיבותה העיקרית של סימטריית CPT היא בתורת השדות הקואנטית. משפט CPT קובע כי כל תורת שדה קוונטית לוקלית, שהיא אינווריאנטית תחת טרנספורמצית לורנץ ובעלת המילטוניאן הרמיטי, חייבת להיות סימטרית תחת סימטריית CPT.

תאורטית, אילו כל החומר ביקום שלנו היה מוחלף על ידי אנטי-חומר (הפעלת סימטריית C), המיקומים של כל העצמים היו מותמרים לקואורדינטה הנגדית שלהם במרחב (הפעלת סימטריית P) והתנע של כל העצמים היה משתנה לכיוון הנגדי (הפעלת סימטריית T), אזי היקום ה"חדש" היה פועל בדיוק לפי אותם חוקי פיזיקה כמו היקום הנוכחי ולמעשה, לא היה ניתן להבחין בין שני היקומים.

ראו גם

קישורים חיצוניים