Перегляд вихідного коду сторінки Зарядове спряження

{{Симетрія у фізиці}}
'''Зарядове спря́ження'''&nbsp;— заміна знаків [[електричний заряд|електричних зарядів]] усіх [[частинка|частинок]] фізичної системи на протилежні.

Інваріантність [[рівняння руху|рівнянь руху]] відносно зарядового спряження називається '''C-симетрією''' або '''C-інваріантністю'''. Також використовується поняття «зарядова парність», за аналогією з операцією просторової [[Парність (фізика)|парності]].

== Зарядова парність нейтральних частинок ==

[[Електричний потенціал|Потенціал електричного поля]] при заміні знаку зарядів змінює свій знак на протилежний. Тому нейтральні частинки [[фотон]]и, [[квант]]и [[електромагнітне поле|електромагнітного поля]], називають частинками '''від'ємної зарядової спряженості'''.

Нейтральні частинки, поля яких не змінюють знаку при зарядовому спряженні, називаються частинками '''додатної зарядової спряженості'''.

== Формалізм ==
Розглянемо операцію <math>\mathcal{C}</math>, що перетворює частинку на її античастинку,
: <math>\mathcal C \, |\psi\rangle = | \bar{\psi} \rangle.</math>
Нормалізація
: <math> 1 = \langle \psi | \psi \rangle = \langle \bar{\psi} | \bar{\psi} \rangle = \langle \psi |\mathcal{C}^\dagger \mathcal C| \psi \rangle,</math>
вимагає [[Унітарність (фізика)|унітарність]] <math>\mathcal C</math>:
: <math>\mathcal C \mathcal{C}^\dagger =\mathbf{1}.</math>
Застосовуючи оператор <math>\mathcal{C}</math> двічі до частинки,
: <math> \mathcal{C}^2 |\psi\rangle = \mathcal{C} |\bar{\psi}\rangle = |\psi \rangle,</math>
можна отримати <math>\mathcal{C}^2=\mathbf{1}</math> та <math>\mathcal{C}=\mathcal{C}^{-1}</math>. Як наслідок,
: <math>\mathcal{C}=\mathcal{C}^{\dagger},</math>
тобто [[Оператор (фізика)|оператор]] зарядового спряження є [[Ермітова матриця|ермітовим]], відповідно, спостережуваним в експерименті.

=== Власні значення ===
Для власних значень оператора зарядового спряження,
: <math>\mathcal C \, |\psi\rangle = \eta_C \, | {\psi} \rangle</math>.

Так само як і з операцією парності, застосування <math>\mathcal{C}</math> двічі повертає частинку в її початковий стан,
: <math>\mathcal{C}^2|\psi\rangle = \eta_C \mathcal{C} |{\psi} \rangle = \eta_{C}^{2} |\psi\rangle = | \psi \rangle</math>
таким чином лише власні значення <math>\eta_C = \pm 1</math> є дозволеними.

=== Власні стани ===
Оскільки <math>\mathcal C|\psi\rangle</math> та <math>|\psi\rangle</math> мають ідентичні квантові числа, лише істинно нейтральні частинки&nbsp;— ті, у яких усі квантові числа та магнітний момент дорівнюють нулю&nbsp;— є власними станами оператора зарядової парності. Такими частинками є [[фотон]], а також зв'язані стани частинок-античастинок, такі як нейтральний [[Піони|піон]], [[ета-мезон]], [[кварконій]] або [[позитроній]].

== Системи кількох частинок ==
Для системи з кількох незалежних вільних частинок, зарядова парність дорівнює добутку зарядових парностей кожної з частинок. Якщо ж частинки перебувають у взаємодії, виникають додаткові компоненти.

У парі мезонів, що взаємодіють, є додатковий внесок від орбітального кутового моменту. Наприклад, для системи з двох піонів, π<sup>+</sup> π<sup>−</sup> з орбітальним кутовим моментом '''L''', перестановка π<sup>+</sup> та π<sup>−</sup> віддзеркалює їх координати, що еквівалентно операції [[Парність (фізика)|парності]]. При цьому, кутова частина просторової хвильової функції системи додає коефіцієнт (−1)<sup>''L''</sup>, де ''L'' є квантовим числом орбітального кутового моменту.
: <math>\mathcal C \, | \pi^+ \, \pi^- \rangle = (-1)^L \, | \pi^+ \, \pi^- \rangle</math>.
У системі [[ферміон]]а-антиферміона (як то [[кварк]]-антикварк), необхідно врахувати два додаткових множники: один виникає через те, що оператор зарядової парності змінює їх проєкції спіну на протилежні, а другий через перестановку ферміона та антиферміона.
: <math>\mathcal C \, | f \, \bar f \rangle = (-1)^L (-1)^{S+1} (-1) \, | f \, \bar f \rangle = (-1)^{L + S} \, | f \, \bar f \rangle </math>

Зв'язані стани позначаються з допомогою спектроскопічної нотації <sup>2''S''+1</sup>L<sub>''J''</sub> ([[Електронні терми атомів|терми]]), де ''S''&nbsp;— квантове число спіну, ''L''&nbsp;— [[азимутальне квантове число]] (число орбітального кутового моменту) та ''J''&nbsp;— [[квантове число повного моменту]].
Наприклад, ''позитроній'' є зв'язаним станом [[електрон]]а-[[позитрон]]а. ''Парапозитроній'' та ''ортопозитроній'' відповідають станам <sup>1</sup>S<sub>0</sub> та <sup>3</sup>S<sub>1</sub>.
* У стані зі спіном ''S'' = 0 проєкції спінів направлені в протилежні боки, а у стані з ''S'' = 1 вони паралельні. Відповідно, множинність стану, (2''S''+1), дорівнює 1 або 3
* Азимутальне квантове число ''L'' = 0 (спектроскопічна нотація стану&nbsp;— S)
* Орбітальне квантове число ''J'' = 0, 1
* C-парність η<sub>''C''</sub> = (−1)<sup>''L'' + ''S''</sup> = +1, або −1, відповідно. Оскільки зарядова парність зберігається в [[Електромагнітна взаємодія|електромагнітних взаємодіях]], [[анігіляція]] позитронію у [[фотон]]и (''η<sub>C</sub>''(γ) = −1) має проходити таким чином:
:{|
|-
|
| <sup>1</sup>S<sub>0</sub> || → || γ + γ
| &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
| <sup>3</sup>S<sub>1</sub> || → || γ + γ + γ
|-
| ''η<sub>C</sub>'':
| +1 || = || (−1) × (−1)
|
| −1 || = || (−1) × (−1) × (−1)
|}

== Експериментальні підтвердження збереження зарядової парності ==
* Відсутність розпаду <math>\pi^0\rightarrow 3\gamma</math>. Нейтральний [[Піони|піон]], <math>\pi^0</math>, найчастіше розпадається у два [[фотон]]и, γ+γ. З цього можна визначити, що <math>\eta_C=(-1)^2=1</math>. Кожен додатковий γ додає множник –1 до загальної C-парності піона. Розпад у 3γ, таким чином, порушував би C-парність. Такий розпад не було знайдено<ref>{{cite journal|last=MacDonough|first=J.|journal=Physical Review D|year=1988|volume=38|issue=7|display-authors=etal|bibcode = 1988PhRvD..38.2121M |doi = 10.1103/PhysRevD.38.2121 |title=New searches for the ''C''-noninvariant decay π<sup>0</sup>→3γ and the rare decay π<sup>0</sup>→4γ|pages=2121–2128|pmid=9959363}}</ref>.
* Симетрія розподілу подій на [[Діаграма Далітца|діаграмі Далітца]] в розпаді ета-мезонів у три піони, <math>\eta \rightarrow \pi^{+} \pi^{-} \pi^{0}</math> також підтверджує збереження зарядової парності<ref>{{Cite news|title=Determination of η → π + π − π 0 Dalitz plot slopes and asymmetries with the KLOE detector|last3=Antonelli|first9=S|last8=Bencivenni|first8=G|last7=Beltrame|first7=P|last6=Bacci|first6=C|last5=Archilli|first5=F|last4=Antonelli|first4=M|first3=A|url=http://stacks.iop.org/1126-6708/2008/i=05/a=006?key=crossref.4ebd515aa17e0a309c3e69557388dc62|last2=Ambrosino|first2=F|last=collaboration|first=The KLOE|issue=05|volume=2008|pages=006–006|doi=10.1088/1126-6708/2008/05/006|issn=1029-8479|accessdate=2021-05-09|date=2008-05-06|work=Journal of High Energy Physics|last9=Bertolucci}}</ref>.

== Зарядова спряженість взаємодій ==
Закони [[електромагнітна взаємодія|електромагнітної]], [[сильна взаємодія|сильної]] і [[гравітаційна взаємодія|гравітаційної]] взаємодій інваріантні відносно операції зарядового спряження. [[Слабка взаємодія]] неінваріантна відносно операції зарядового спряження, так само як і відносно одночасної операції парності та зарядового спряження (див. [[Порушення CP-інваріантності]]). Усі чотири типи взаємодій інваріантні відносно одночасної зміни знаків заряду, напрямку просторових осей і напрямку плину часу ([[CPT-інваріантність]]).

== Примітки ==
{{reflist}}

== Посилання ==
* [http://leksika.com.ua/18550928/ure/zaryadove_spryazhennya Зарядове спряження] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160304214338/http://leksika.com.ua/18550928/ure/zaryadove_spryazhennya |date=4 березня 2016 }} в {{УРЕ}} {{ref-uk}}

{{physics-stub}}

[[Категорія:Квантова теорія поля]]
[[Категорія:Симетрія (фізика)]]