Sunday, May 31, 2009

CPT定理

    以物理学为主题的部落格如果没有一些物理学话题的话,难免有点奇怪。今天就讲解一下本身最近的研究-CPT定理。
    
    第一次听到CPT的时候联想到的是什么?Cepat Pergi Tandas? ComPuTer ? 西批踢 ? 哈哈,都不是。CPT是由三个对称操作组成,C-Charge电荷,P-Parity宇称[从(x,y,z)->(-x,-y,-z)的变换],以及T-Time时间。简单来说,就是针对一个物理系,如果对它进行C操作,系里面的物体的电荷全会从(Q->-Q),也就是符号倒转。P,T也就是坐标符号倒转,时间符号倒转。
    
    通常我们都会对运动方程式下手。比如说...F=ma。进行P-变换的话,F,力量是有方向的,所以会变成-F ; m,质量不会因方向而改变,所以还是m ; a = d2x/dt2, 把x->-x的话,a->-a。所以呢,把变换后的符号全部放回原式,可得-F=-ma, 或者会得回F=ma。那就是说,在牛顿的力学里,所有的运动都是P-对称的,就算你是看着镜子里面生活,也不会觉得有什么不妥。如此类推,C,T在古典物理学的范围也一样成立。其中T-对称最重要。因为,它代表着我们的世界的时间不管往哪一个方向流,都是一样的。这个在任何一个物理的方程式都成立。可是,我们却知道过去和未来是不同的。(关于这个以后再讨论)

    很自然的,物理学家就把3个变换,CPT一起操作在一个系上。再通过场的量子论(Quantum Field Theory。这个有点深。不谈了,哈哈。)里的粒子-反粒子(particle,anti-particle。当它们撞在一起的时候,就会转变成为能量,是质量-->能量的证明)的对称性得出这么的一个结论-CPT守恒定理。那就是说,由粒子组成的世界[我们的世界]和由反粒子组成的世界[Hydrogen不再是一个proton(p+)和一个electron(e-),而是一个anti-proton(p-)和一个positron(e+)。简单来说,质量相同,电荷相反]是一模一样的。但是,我们都知道这个世界除了在研究室制造以外就找不到反粒子了,让物理学家头疼了好几十年。

所谓的粒子(Quarks and Leptons)与反粒子(Anti-Quarks and Anti-Leptons)

    于是,通过一系列的加速器(accelerator)试验,我们尝试从粒子衰变(decay)过程中找出CPT, CP, P, T 等等的不守恒。(有不少诺贝尔奖得主的研究就是关于这方面,其中有著名的杨振宁博士和李政道博士)方法其实并不难,也就是从粒子和反粒子的衰变中找出不同点。如果有的话,那就代表粒子和反粒子的物理世界的确有些不同,因而制造了我们的宇宙。换个说法,从"无", 应该会变成"-有","有"。但是因为某个原因,"-有"不被允许成长,所以我们的宇宙只剩"有"。不然就是"-有"躲在宇宙某个角落,不让我们观测到。


   
    听我说不如看图更好。我的研究就是利用Positronium(e-,e+)的衰变来找出CPT的不守恒。以研究室现在的设备来说,需要大概一年的时间来获得足够的数据(大概一亿个event)。有兴趣的留言吧,呵呵。

2 comments:

ivan said...

我的回复不是针对这篇文章的~XD
我想问你关于出国读书的大小事~ 不知道放不方便?

Kim Siang said...

当然没问题。