Зарядовое сопряжение

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

Оператор зарядового сопряжения обозначается [math]\displaystyle{ \hat{C} }[/math]. По определению, [math]\displaystyle{ \tilde{X} = \hat{C} X }[/math], где[math]\displaystyle{ X }[/math] волновая функция частицы, [math]\displaystyle{ \tilde{X} }[/math] - волновая функция античастицы. Оператор зарядового сопряжения [math]\displaystyle{ \hat{C} }[/math] является эрмитовым, поэтому он описывает некоторую физическую величину. При измерении этой физической величины можно получить лишь одно из собственных значений [math]\displaystyle{ \eta_{C} }[/math] оператора [math]\displaystyle{ \hat{C} }[/math]: [math]\displaystyle{ \hat{C} X = \eta_{C} X }[/math]. Квантовое число [math]\displaystyle{ \eta_{C} }[/math] называется зарядовой четностью.

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 нечетная частица) либо остаётся прежней (зарядово чётная частица). С-чётность является мультипликативным квантовым числом.

При сильных, электромагнитных, и, согласно общей теории относительности, гравитационных взаимодействиях выполняется закон сохранения зарядовой чётности, при 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 [math]\displaystyle{ \pi^{0} }[/math] положительна. Это следует из его распада на два фотона за счёт электромагнитного взаимодействия: [math]\displaystyle{ \pi^{0} \rightarrow \gamma + \gamma }[/math]. В силу сохранения зарядовой чётности получаем: [math]\displaystyle{ \eta_{C}(\pi^{0}) = \eta_{C} (2 \gamma) }[/math]. Зарядовая чётность является мультипликативным квантовым числом, поэтому [math]\displaystyle{ \eta_{C}(\pi^{0}) = \eta_{C}(\gamma) \eta_{C} (\gamma) = (-1)(-1)= +1 }[/math].

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