电荷共轭宇称

✍ dations ◷ 2025-04-04 11:17:30 #量子力学,量子场论,对称

物理学中,电荷共轭宇称(英语:charge conjugate parity、charge parity或C parity,可标为CP)是粒子的相乘量子数,用以描述一些粒子在电荷共轭的对称运算下的行为。

电荷共轭改变所有量子荷(quantum charge)的正负号,这些量子荷为相加量子数,包括有电荷、重子数与轻子数,以及味荷如奇异数、魅数、底数、顶数与同位旋(3)。相对地,电荷共轭不改变粒子的质量、线动量或自旋。

考虑一运算 C {\displaystyle {\mathcal {C}}} 可将一粒子转变成其反粒子:

两个状态都必须是可归一化,因此

意味着 C {\displaystyle {\mathcal {C}}} 是幺正的:

对此粒子进行重复两次的 C {\displaystyle {\mathcal {C}}} 运算,

可以看出 C {\displaystyle {\mathcal {C}}} 有如下性质:

将所有性质统整可得:

意即电荷共轭算符是自伴算符,也因此是一个可观测物理量。

电荷共轭 C {\displaystyle {\mathcal {C}}} 运算的本征态 | ψ {\displaystyle |\psi \rangle } 与本征值 η C {\displaystyle \eta _{C}} 关系如下:

如同宇称,重复 C {\displaystyle {\mathcal {C}}} 运算两次,则粒子状态不变:

使得本征值 η C {\displaystyle \eta _{C}} 只能为 ± 1 {\displaystyle \pm 1} 。此称为粒子的电荷共轭宇称。

上面的条件意味着 C | ψ {\displaystyle {\mathcal {C}}|\psi \rangle } | ψ {\displaystyle |\psi \rangle } 有相同的量子荷,因此只有真正中性的系统(所有量子荷与磁矩皆为零)是电荷共轭宇称的本征态。符合此条件的有:

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