Парність
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Парність

Парність, квантовомеханічна характеристика стану фізичної мікрочастки (молекули, атома, атомного ядра, елементарної частки), що відображує властивості симетрії цієї мікрочастки відносно дзеркальних віддзеркалень. У процесах, обумовлених сильними взаємодіями і електромагнітними взаємодіями, має місце закон збереження Ч.: фізична система, що володіла в початковому стані дзеркальною симетрією певного типа, зберігає цю симетрію у все подальші моменти часу. Збереження Ч. приводить до ряду відбору правив в електромагнітному випромінюванні атомів і атомних ядер, в ядерних реакціях і в реакціях взаємоперетворень елементарних часток.

загрузка...

  Закон збереження Ч. можна продемонструвати на прикладі Зеемана ефекту . При накладенні магнітного поля інтенсивність випромінювання окремих спектральних ліній залишається симетричною відносно плоскості, перпендикулярній полю, хоча і перестає бути однаковою на всіх напрямках. Випромінювання уздовж поля таке ж, як і в протилежному напрямі. Якщо уявити собі установку спостереження ефекту Зеемана у вигляді кругового провідника із струмом і із зразком, поміщеним в центрі круга, то дзеркальна симетрія цієї установки стає очевидною, але лише за умови, що всі елементарні частки, з яких складається установка, володіють дзеркальною симетрією. Т. о., закон збереження Ч. грунтується на допущенні, що електрони, протони і інші частки переходять в себе при дзеркальному віддзеркаленні.

  Замість дзеркальної симетрії відносно плоскості зручніше розглядати операцію інверсії координатних осей, r ® —r (або х ®, в ®, z ® —z ) (див. Просторова інверсія ).

  Законом збереження Ч. визначаються трансформаційні властивості фізичних величин при інверсії координатних осей. Так, з допущення про тому, що заряджена частка, наприклад електрон, при інверсії переходить сама в себе, витікає, що електричний заряд q є скаляр, щільність струму j і напруженість електричного поля Е — дійсні (полярні) вектори, а напруженість магнітного поля Н — аксіальний вектор (псевдовектор): q ® q'' , j ® — j'' , Е ® — Е'' , Н ® Н''.

  В слабких взаємодіях, що обумовлюють, зокрема, бета-розпад ядер, закон збереження Ч. порушується. Таке порушення було передбачене в 1956 Лі Цзун-дао і Ян Чжень-ніном і підтверджено експериментально в 1957 Ву Цзянь-сюн із співробітниками в b-розпаді ядер, а також американськими фізиками Л. Ледерманом, Р. Гарвіном і ін. в розпаді мюона . Ч. не зберігається також в розпадах заряджених пі-мезонів, До-мезонів і гіперонів . Радянськими фізиками Ю. Г. Абовим і ін., а також Ст М. Лобашевим виявлене слабке незбереження Ч. при нуклонних для нуклона взаємодіях.

  На мал. змальована принципова схема досвіду Ву. Зразок, що містить радіоактивний ізотоп 60 Co, поміщений в магнітне поле Н кругового струму. Поле Н орієнтує уздовж поля порівняно великі по величині магнітні моменти ядер 60 З. Маленькою стрілкою вказаний напрям швидкостей електронів усередині провідника. Як і в ефекті Зеемана, вся система дзеркально симетрична відносно плоскості, в якій тече круговий струм. При виконанні закону збереження Ч. інтенсивність випромінювання електронів (е ¾ ) при електронному (b-розпаді має бути однаковою по обидві сторони цієї плоскості. У експерименті ж спостерігалася різка асиметрія: по одну сторону плоскості випускалися на 40% більше електронів, чим по іншу. З досвіду Ву виходить, що напруженість магнітного поля не аксіальний, а полярний вектор. Це не протіворечит рівнянням електродинаміки, якщо одночасно прийняти, що щільність струму і напруженість електричного поля — аксіальні вектори, а електричний заряд — псевдоскаляр. Псевдоськалярность заряду означає, що при дзеркальному віддзеркаленні електрони переходять в позитрони (е + ) і взагалі всі частки — в відповідні античастки . Можливість такого трактування віддзеркалень була вказана американськими ученими Е. Вігнером, Г. Віком і А. Уайтменом ще в 1952. Дзеркальне віддзеркалення, що супроводиться заміною всіх часток на античастки, Л. Д. Ландау назвав комбінованою інверсією . Допущення про симетрію законів природи відносно комбінованої інверсії виражається законом збереження комбінованої парності. При заміні закону збереження Ч. на закон збереження комбінованої Ч. схема досвіду Ву перестає бути дзеркально симетричною, т.к. зеркальним відображенням цього досвіду ( мал. ) буде позитронний бета-розпад ядра антикобальту,

(що складається з антипротонів і антинейтронів), у магнітному полі кругового струму позитронів. Т. до. заряд позитрона позитивний, то при тому ж напрямі руху носіїв заряду знак струму зміниться, що приведе і до зміни знаку магнітного поля ( Н’ ).

  Т. о., закон збереження Ч. є наближеним, справедливим лише в зневазі слабкими взаємодіями. З такою ж точністю справедливе традиційне трактування ( Н — аксіальний вектор і т.д.) трансформаційних властивостей електромагнітних величин відносно інверсії координатних осей.

  В квантовій теорії Ч. складаються системи з n часток визначається як власне значення оператора інверсії Р. Дія оператора Р на вектор стану Y ( p 1 ..., pn ) полягає в зміні знаків імпульсів p i часток і в множенні на твір П 1 ... П n внутрішніх четностей часток. Внутрішня Ч. — невід'ємна властивість частки і рівна або +1, або —1. Частки, для яких П до = 1, називаються парними, а частки, в яких П до = —1, — непарними. Внутрішня Ч. пі-мезонів негативна. Внутрішні Ч. античасток з напівцілим спином протилежні Ч. відповідних часток. Оператор Р не діє на проекції спинів і на заряди. Власні значення оператора Р рівні ± 1. Стани с Р = 1 називаються парними, а з Р = —1 — непарними.

  З визначення Ч. витікають правила для встановлення Ч. фізичних систем з декількох часток: 1) Ч. системи n часток з орбітальними моментами

, ... ,

рівна

П 1 ... П n

  (тут  — постійна Планка, l i цілі числа); 2) Ч. П 12 складної системи, що складається з двох підсистем з Ч. відповідно П 1 , П 2 , рівна П 12 = П 1 П 2 ( 1) L , де  — орбітальний момент відносного руху підсистем.

  В квантів електромагнітного поля не існує ні внутрішньою Ч., ні орбітального моменту. Ч. кванта електромагнітного випромінювання (фотона) визначається його мультипольністю (див. Мультиполь ) . Ч. електричного 2 l -поля рівна (—1) l , а Ч. магнітного 2 l -поля рівна (—1) l+ 1 . Тому Ч. фіз.(фізичний) системи зберігається при випусканні або поглинанні електричного мультипольного кванта з парним l або магнітного мультипольного кванта з непарним l і змінюється на протилежну при випусканні або поглинанні електричного (магнітного) мультипольного кванта з непарним (парним) l. Правила відбору по Ч. при електромагнітному випромінюванні атомів і ядер виникають за рахунок того, що при однаковій мультипольності і інших рівних умовах магнітне випромінювання значно слабкіше електричного. Відношення вірогідності магнітного і електричних випромінювань має порядок (2p R/ l) 2 , де R — лінійний розмір випромінювача, l довжина хвилі випромінюваного кванта. Це відношення і для ядер, і для атомів, як правило, значно менше одиниці, так що правила відбору по Ч. виявляються досить різкий.

  Закон збереження Ч. (званий також Р -інваріантностью) формулюється як збереження величини Р при сильних і електромагнітних взаємодіях.

  Поняття внутрішньої Ч. частки, а тим самим і Ч. стани, містить деяку міру неоднозначності, пов'язану з неможливістю порівняти між собою Ч. станів, що розрізняються значеннями хоч би одного з тих, що зберігаються зарядів — електричного, баріонного і ін. Тому, зокрема, Ч. вакуумного стану, Ч. протона, нейтрона, електрона довільні і можуть бути вибрані позитивними. Але вже, наприклад, Ч. пі-мезона, позитрона, антипротона стануть при такому виборі строго визначеними (негативними).

  З поняттям Ч. тісно зв'язано фундаментальне питання про симетрію реального простору відносно дзеркальних віддзеркалень. Методами теорії груп доводиться, що якщо простір володіє дзеркальною симетрією, то повинні строго виконуватися або закон збереження Ч., або інваріантність при комбінованій інверсії. Експериментально встановлено порушення обидва цих законів при слабких взаємодіях. Тому є підстава вважати, що або простір не володіє симетрією між правим і лівим, або ця симетрія порушується в певних типах взаємодій (наприклад, що приводять до розпаду т.з. довгоживучого нейтрального До-мезона  ® 2p).

  Літ.: Лі Ц., Ву Ц., Слабкі взаємодії, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1968; Широков Ю. М., Юдін Н. П., Ядерна фізика, М., 1972; Лі Цзун-дао, Янг Чжень-нін, в збірці: Нові властивості симетрії елементарних часток, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1957, с. 13; Ву Цзянь-сюн [і ін.], там же, с. 69; Гарвін Р., Ледерман Л., Вейнріх М., там же, с. 75; Abov Yu. G. et al, «Physics Letters», 1968, v. 27b № 1, р. 16; Лобашов Ст М., «Вісник АН(Академія наук) СРСР», 1969 № 2, з, 58; Вігнер Е., «Успіхи фізичних наук», 1958, т. 65, ст 2, с. 257; Wick G., Wightman A., Wigner Е., «Physical Review», 1952, v. 88, р. 101; Ландау Л. Д., «Журнал експериментальної і теоретичної фізики», 1957, т. 32, ст 2, с. 405; Широков Ю. М., там же, 1958, т. 34, ст 3, с. 717; його ж, там же, 1960, т. 38, ст 1, с. 140.

  Ю. М. Широков.

До ст.Четность.