对称性与守恒定律

CPT 定理(CPT theorem)

/ see-pee-tee theorem /

我们已经见过三种各自独立的翻转:C 把粒子换成反粒子,P 把世界举到镜子前,T 让时间倒流。每一种都可能被弱相互作用破坏。CPT 定理给出一个惊人的承诺:把三者一齐施加——把物质变成反物质、镜像反射、再让时间反演——结果必定遵从与原来完全相同的规律。不是近似,而是精确。CPT 合起来被认为是自然界一条不可破坏的对称性。

让它不只是一厢情愿的猜测的,是 CPT 是一条定理——它可以被证明,而非仅仅被假设。任何建立在少数几条非常基本、检验充分的根基之上的理论(狭义相对论、量子力学,以及因先于果这条合理要求),都被迫拥有 CPT 对称性。你没有选择的余地;相对论性量子场论的结构把它交到你手上。这正是为什么物理学家认为在当前框架内 CPT 被破坏几乎是不可想象的:一旦发现,就意味着那些基石假设之一是错的。

CPT 有强有力、可检验的推论。最重要的一条是:一个粒子和它的反粒子必须有完全相同的质量、完全相同的寿命(以及相反的电荷)。这正是为什么实验要把反质子的质量与质子相比对,或者俘获反氢、把它发出的光与普通氢的光相比,精度高得令人眩晕——任何差异都会击碎 CPT,并推翻现代物理的根基。迄今为止,每一项检验都吻合:在 CPT 这个组合翻转之下,物质和反物质完美相符,哪怕单个的翻转 C、P、CP 和 T 各自都可能被破坏。

电子和正电子的质量测量值吻合到优于十亿分之一,质子和反质子的质量及荷质比也吻合到极高精度。这些都是对 CPT 的直接检验——而且每一项都通过了。

粒子与反粒子的质量完全相等,正如 CPT 所要求。

CPT 严格成立并不意味着 C、P 或 T 各自严格——其中每一个在自然界都被破坏,但三者的组合却存活下来。CPT 建立在相对论和量子理论之上,所以一旦确证 CPT 被破坏,那将是一场革命,而非小修小补。

又称
CPT symmetryCPTCPT 对称CPT 對稱