物理學中,電荷共軛宇稱(英語:charge conjugate parity、charge parity或C parity,可標為CP)是粒子的相乘量子數,用以描述一些粒子在電荷共軛的對稱運算下的行為。
電荷共軛改變所有量子荷(quantum charge)的正負號,這些量子荷為相加量子數,包括有電荷、重子數與輕子數,以及味荷如奇異數、魅數、底數、頂數與同位旋(I3)。相對地,電荷共軛不改變粒子的質量、線動量或自旋。
數學形式
考慮一運算
可將一粒子轉變成其反粒子:
。
兩個狀態都必須是可歸一化,因此
,
意味著
是幺正的:
。
對此粒子進行重複兩次的
運算,
,
可以看出
有如下性質:
![{\displaystyle {\mathcal {C}}^{2}=\mathbf {1} }](//wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cd5155f274948ac8efef7d87cddf6831f127ed29)
。
將所有性質統整可得:
![{\displaystyle {\mathcal {C}}={\mathcal {C}}^{\dagger },}](//wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/47c2e3b766317b20b00d9e02e7df179fa0268972)
意即電荷共軛算符是自伴算符,也因此是一個可觀測物理量。
本徵值與本徵態
電荷共軛
運算的本徵態
與本徵值
關係如下:
。
如同宇稱,重複
運算兩次,則粒子狀態不變:
,
使得本徵值
只能為
。此稱為粒子的電荷共軛宇稱。
上面的條件意味著
與
有相同的量子荷,因此只有真正中性的系統(所有量子荷與磁矩皆為零)是電荷共軛宇稱的本徵態。符合此條件的有:
- 光子
- 正反粒子約束態,如中性π介子(π0)、η介子、正電子素。
電荷共軛宇稱守恆的實驗驗證
:觀測到中性π介子
會衰變為雙光子γ+γ,因此我們可認定π介子有
的性質。然而,每增加一個γ會在π介子的電荷共軛宇稱中引入一個-1的因子;衰變成3γ則會違反電荷共軛宇稱守恆。過去曾進行了此種衰變的實驗驗證[1],其中應用到產生π介子的反應過程:
。
[2]:η介子的衰變。
湮滅。[3]
相關條目
參考文獻
MacDonough, J.; et al. Phys. Review. 1988, D38: 2121.