Чётность

квантовомеханическая характеристика состояния физической микрочастицы (молекулы, атома, атомного ядра, элементарной частицы), отображающая свойства симметрии этой микрочастицы относительно зеркальных отражений. В процессах, обусловленных сильными взаимодействиями (См. Сильные взаимодействия) и электромагнитными взаимодействиями (См. Электромагнитные взаимодействия), имеет место закон сохранения Ч. Физическая система, обладавшая в начальном состоянии зеркальной симметрией определённого типа, сохраняет эту симметрию во все последующие моменты времени. Сохранение Ч. Приводит к ряду отбора правил (См. Отбора правила) в электромагнитном излучении атомов и атомных ядер, в ядерных реакциях и в реакциях взаимопревращений элементарных частиц.

Закон сохранения Ч. Можно продемонстрировать на примере Зеемана эффекта. При наложении магнитного поля интенсивность излучения отдельных спектральных линий остаётся симметричной относительно плоскости, перпендикулярной полю, хотя и перестаёт быть одинаковой во всех направлениях. Излучение вдоль поля такое же, как и в противоположном направлении. Если представить себе установку для наблюдения эффекта Зеемана в виде кругового проводника с током и с образцом, помещенным в центре круга, то зеркальная симметрия этой установки становится очевидной, но лишь при условии, что все элементарные частицы, из которых состоит установка, обладают зеркальной симметрией. Т. О., закон сохранения Ч. Основывается на допущении, что электроны, протоны и другие частицы переходят в себя при зеркальном отражении.

Вместо зеркальной симметрии относительно плоскости удобнее рассматривать операцию инверсии координатных осей, r → —r (или х → —х, у → —у, z → —z) (см. Пространственная инверсия). Законом сохранения Ч. Определяются трансформационные свойства физических величин при инверсии координатных осей. Так, из допущения о том, что заряженная частица, например электрон, при инверсии переходит сама в себя, следует, что электрический заряд q есть скаляр, плотность тока j и напряжённость электрического поля Е — истинные (полярные) векторы, а напряжённость магнитного поля Н — аксиальный вектор (псевдовектор). Q → q', j → —j', Е → —Е', Н → Н'. В слабых взаимодействиях (См. Слабые взаимодействия), обусловливающих, в частности, Бета-распад ядер, закон сохранения Ч.

Нарушается. Такое нарушение было предсказано в 1956 Ли Цзун-дао и Ян Чжэнь-нином и подтверждено экспериментально в 1957 Ву Цзянь-сюн с сотрудниками в β-распаде ядер, а также американскими физиками Л. Ледерманом, Р. Гарвином и др. В распаде мюона (См. Мюоны). Ч. Не сохраняется также в распадах заряженных пи-мезонов (См. Пи-мезоны), К-мезонов (См. К-мезоны) и гиперонов (См. Гипероны). Советскими физиками Ю. Г. Абовым и др., а также В. М. Лобашёвым обнаружено слабое несохранение Ч. При нуклон-нуклонных взаимодействиях. На рис. Изображена принципиальная схема опыта Ву. Образец, содержащий радиоактивный изотоп 60Co, помещен в магнитное поле Н кругового тока. Поле Н ориентирует вдоль поля сравнительно большие по величине магнитные моменты ядер 60Со.

Маленькой стрелкой указано направление скоростей электронов внутри проводника. Как и в эффекте Зеемана, вся система зеркально симметрична относительно плоскости, в которой течёт круговой ток. При выполнении закона сохранения Ч. Интенсивность излучения электронов (е―) при электронном (β-распаде должна быть одинаковой по обе стороны этой плоскости. В эксперименте же наблюдалась резкая асимметрия. По одну сторону плоскости испускалось на 40% больше электронов, чем по другую. Из опыта Ву следует, что напряжённость магнитного поля не аксиальный, а полярный вектор. Это не противоречит уравнениям электродинамики, если одновременно принять, что плотность тока и напряжённость электрического поля — аксиальные векторы, а электрический заряд — псевдоскаляр.

Псевдоскалярность заряда означает, что при зеркальном отражении электроны переходят в позитроны (е+) и вообще все частицы — в соответствующие Античастицы. Возможность такой трактовки отражений была указана американскими учёными Э. Вигнером, Г. Виком и А. Уайтменом ещё в 1952. Зеркальное отражение, сопровождающееся заменой всех частиц на античастицы, Л. Д. Ландау назвал комбинированной инверсией (См. Комбинированная инверсия). Допущение о симметрии законов природы относительно комбинированной инверсии выражается законом сохранения комбинированной чётности. При замене закона сохранения Ч. На закон сохранения комбинированной Ч. Схема опыта Ву перестаёт быть зеркально симметричной, т.к. Зеркальным отображением этого опыта (рис.) будет позитронный бета-распад ядра антикобальта, (состоящего из антипротонов и антинейтронов), в магнитном поле кругового тока позитронов.

Т. К. Заряд позитрона положителен, то при том же направлении движения носителей заряда знак тока изменится, что приведёт и к изменению знака магнитного поля (Н’). Т. О., закон сохранения Ч. Является приближённым, справедливым лишь в пренебрежении слабыми взаимодействиями. С такой же точностью справедлива традиционная трактовка (Н — аксиальный вектор и т.д.) трансформационных свойств электромагнитных величин относительно инверсии координатных осей. В квантовой теории Ч. Состояния системы из n частиц определяется как собственное значение (См. Собственные значения) оператора инверсии Р. Действие оператора Р на вектор состояния Ψ (p1,..., pn) состоит в изменении знаков импульсов pi частиц и в умножении на произведение П1.

Пn внутренних чётностей частиц. Внутренняя Ч. — неотъемлемое свойство частицы и равна либо +1, либо —1. Частицы, для которых Пк = 1, называются чётными, а частицы, у которых Пк = —1, — нечётными. Внутренняя Ч. Пи-мезонов отрицательна. Внутренние Ч. Античастиц с полуцелым Спином противоположны Ч. Соответствующих частиц. Оператор Р не действует на проекции спинов и на заряды. Собственные значения оператора Р равны ± 1. Состояния с Р = 1 называются чётными, а с Р = —1 — нечётными. Из определения Ч. Вытекают правила для установления Ч. Физических систем из нескольких частиц. 1) Ч. Системы n частиц с орбитальными моментами К ст.Чётность..