Зарядовое сопряжение

Заря́довое сопряже́ние (С-преобразование) — операция замены частицы на соответствующую античастицу (напр., электрона на позитрон).

Оператор зарядового сопряжения обозначается ${\hat {C}}$. По определению, ${\tilde {X}}={\hat {C}}X$, где$X$ — волновая функция частицы, ${\tilde {X}}$ — волновая функция античастицы. Оператор зарядового сопряжения ${\hat {C}}$ является эрмитовым, поэтому он описывает некоторую физическую величину. При измерении этой физической величины можно получить лишь одно из собственных значений $\eta _{C}$ оператора ${\hat {C}}$: ${\hat {C}}X=\eta _{C}X$. Квантовое число $\eta _{C}$ называется зарядовой чётностью.

Зарядовая чётность

Зарядовая чётность (С-чётность) — одно из квантовых чисел истинно нейтральной частицы (или другой квантовомеханической системы), определяющее поведение её вектора состояний при зарядовом сопряжении. При операции зарядового сопряжения волновая функция такой частицы умножается на значение С-чётности, то есть меняет знак (зарядово нечётная частица) либо остаётся прежней (зарядово чётная частица). С-чётность является мультипликативным квантовым числом.

В сильных, электромагнитных и, согласно общей теории относительности, гравитационных взаимодействиях выполняется закон сохранения зарядовой чётности, в слабом взаимодействии он нарушается. Это следует уже из первого опыта Ву Цзяньсюн с сотрудниками, доказавшего несохранение пространственной чётности в слабом взаимодействии.

Зарядовая чётность фотона отрицательна: С = −1 (это можно увидеть из того, что при зарядовом сопряжении электрические заряды меняют знак, поэтому и электромагнитные поля, квантами которых являются фотоны, тоже должны изменить знак, чтобы эволюция системы не изменилась). В любых процессах, обусловленных электромагнитным или сильным взаимодействием, зарядовая чётность сохраняется. Вследствие этого, при любых электромагнитных процессах невозможно превращение нечётного числа фотонов в чётное и наоборот (теорема Фарри).

Зарядовая чётность пиона $\pi ^{0}$ положительна. Это следует из его распада на два фотона за счёт электромагнитного взаимодействия: $\pi ^{0}\rightarrow \gamma +\gamma$. В силу сохранения зарядовой чётности получаем: $\eta _{C}(\pi ^{0})=\eta _{C}(2\gamma )$. Зарядовая чётность является мультипликативным квантовым числом, поэтому $\eta _{C}(\pi ^{0})=\eta _{C}(\gamma )\eta _{C}(\gamma )=(-1)\cdot (-1)=+1$.

Симметрия в физике
Преобразование	Соответствующая инвариантность	Соответствующий закон сохранения
↕ Трансляции времени	Однородность времени	…энергии
⊠ C, P, CP и T-симметрии	Изотропность времени	…чётности
↔ Трансляции пространства	Однородность пространства	…импульса
↺ Вращения пространства	Изотропность пространства	…момента импульса
⇆ Группа Лоренца (бусты)	Относительность лоренц-ковариантность	…движения центра масс
~ Калибровочное преобразование	Калибровочная инвариантность	…заряда

См. также

• Истинно нейтральная частица