CPT 定理(CPT theorem)
/ see-pee-tee theorem /
我們已經見過三種各自獨立的翻轉:C 把粒子換成反粒子,P 把世界舉到鏡子前,T 讓時間倒流。每一種都可能被弱交互作用破壞。CPT 定理給出一個驚人的承諾:把三者一齊施加——把物質變成反物質、鏡像反射、再讓時間反演——結果必定遵從與原來完全相同的規律。不是近似,而是精確。CPT 合起來被認為是自然界一條不可破壞的對稱性。
讓它不只是一廂情願的猜測的,是 CPT 是一條定理——它可以被證明,而非僅僅被假設。任何建立在少數幾條非常基本、檢驗充分的根基之上的理論(狹義相對論、量子力學,以及因先於果這條合理要求),都被迫擁有 CPT 對稱性。你沒有選擇的餘地;相對論性量子場論的結構把它交到你手上。這正是為什麼物理學家認為在當前框架內 CPT 被破壞幾乎是不可想像的:一旦發現,就意味著那些基石假設之一是錯的。
CPT 有強有力、可檢驗的推論。最重要的一條是:一個粒子和它的反粒子必須有完全相同的質量、完全相同的壽命(以及相反的電荷)。這正是為什麼實驗要把反質子的質量與質子相比對,或者俘獲反氫、把它發出的光與普通氫的光相比,精度高得令人眩暈——任何差異都會擊碎 CPT,並推翻現代物理的根基。迄今為止,每一項檢驗都吻合:在 CPT 這個組合翻轉之下,物質和反物質完美相符,哪怕單個的翻轉 C、P、CP 和 T 各自都可能被破壞。
電子和正電子的質量測量值吻合到優於十億分之一,質子和反質子的質量及荷質比也吻合到極高精度。這些都是對 CPT 的直接檢驗——而且每一項都通過了。
粒子與反粒子的質量完全相等,正如 CPT 所要求。
CPT 嚴格成立並不意味著 C、P 或 T 各自嚴格——其中每一個在自然界都被破壞,但三者的組合卻存活下來。CPT 建立在相對論和量子理論之上,所以一旦確證 CPT 被破壞,那將是一場革命,而非小修小補。