宇称

✍ dations ◷ 2025-06-30 10:45:59 #量子力学,量子场论,粒子物理学,原子核物理学,基本物理概念,守恒定律,对称

在量子力学中,宇称被描述成宇称变换中的量,以P (Parity) 表示。宇称变换(又称宇称倒装),是一个在一个三维坐标系中其中一维的翻转(变换),在三维空间之内,它也可以是一个在x , y , z 轴中同时进行的变换(点反演)

因为宇称变换会将一个现象转化为其的镜像,所以宇称变换也可以被形容成一个测试左右手坐标系的物理现象。在宇称变换之中,假设变换是在右手坐标系,这样的变换在左手坐标系看来就可以被认为是一个身份转换,反之亦然。大部分的标准模型在宇称底下,都呈现,但弱相互作用却会破坏这种对称性。在任何一维的三维坐标系下,P的矩阵的行列式 = 1 ,因此它与一个自转是不同的。相反地,在一个二维坐标系下,两个在 x , y轴同时进行的变换就不会是一个宇称变换,而是一个 180° 的转动。

V x : ( x y z ) ( x y z ) , {\displaystyle V_{x}:{\begin{pmatrix}x\\y\\z\end{pmatrix}}\mapsto {\begin{pmatrix}-x\\y\\z\end{pmatrix}},} 其同时具有负行列式以及能形成一个有效的宇称变换的能力。接着将上述两者组合抑或持续进行 x, y, z 轴的反射,就能复原先前所提及的特殊宇称变换。而因为第一个赋予的宇称变换具有正数的行列式,因此它在偶数维里不会作用。至于奇数维,只有后者的宇称变换示例(抑或奇数个坐标的坐标系反射)才会成功作用。


P ^ ψ ( r ) = e i ϕ 2 ψ ( r ) {\displaystyle {\hat {\mathcal {P}}}\,\psi _{\left(r\right)}=e^{\frac {i\phi }{2}}\psi _{\left(-r\right)}} .那么必须有 P ^ 2 ψ ( r ) = e i ϕ ψ ( r ) {\displaystyle {\hat {\mathcal {P}}}^{2}\,\psi _{\left(r\right)}=e^{i\phi }\psi _{\left(-r\right)}} ,因为整个阶段是不可观察的。粒子进入外势能的波函数是中心对称的(势能与空间反演不变量,与原点对称),要么保持不变,要么改变符号:这两种可能的状态被称为波函数的偶数态或奇数态。粒子宇称守恒定律(对于核的β衰变不成立)指出,如果一个孤立的粒子集合有一个确定的宇称,那么宇称在集合演化过程中保持不变。在球对称外场中运动的粒子的状态的奇偶性由角动量决定,粒子状态由三个量子数定义:总能量、角动量和角动量的投影。

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