Parit ¨at

Parit ¨atsverletzung

Dennis Schr ¨oder

15.5.2013

Uberblick ¨

1 Parit ¨at

Parit ¨atsverletzung Parit ¨atsoperation

Klassifikation physikalischer Gr ¨oßen Vermutung von Yang und Lee

2 Wu-Experiment Idee

Experiment Ergebnis

3 Interpretation Helizit ¨at Erkl ¨arung

4 CPT-Invarianz

Erste Vermutung: CP-Invarianz CPT-Invarianz

Parit ¨atsverletzung

Parit ¨at

Spiegelbild eines Experiments und Ergebnis des gespiegelten Experiments sind nicht gleich

Keine Entsprechung im Alltag z.B. Gravitation, Elektrodynamik

Parit ¨atsoperation

Parit ¨at

Inversion einer Koordinaten, z.B.(x₁,x₂,x₃)7→(−x₁,x₂,x₃) Determinante -1

Nicht durch Drehung erreichbar (Determinante +1)

[1]

Klassifikation physikalischer Gr ¨oßen

Parit ¨at

Klassifikation physikalischer Gr ¨oßen, VZ bleibt bei Parit ¨at erhalten (+1) oder nicht (-1)

Skalare (+1), z.B. Zeit, L ¨ange

Pseudoskalare (-1), z.B. magnetischer Fluss Polare Vektoren (-1), z.B. Ort, Geschwindigkeit Axiale Vektoren (+1), z.B. Drehimpuls, Spin

Vermutung von Yang und Lee

Parit ¨at

Starke und elektromagnetische Wechselwirkung sowie Gravitation: Parit ¨at erhalten

Chen-Ning Yang und Tsung-Dao Lee 1956:

Parit ¨at bei schwacher Wechselwirkung nicht erhalten Mehrere direkte Experimente vorgeschlagen

Wandten sich an Chien-Shiung Wu

[2]

Idee

Wu-Experiment

Uberpr ¨ufe Parit ¨atserhaltung bei¨ β⁻-Zerfall von⁶⁰Co Kernspin 5~

Problem: Koorsinatensystemwahl darf nicht willk ¨urlich sein Richte dazu magnetisches Moment des Kerns entlang einer definierten Achse aus.

Experiment

Wu-Experiment

Richte Kern parallel zu~B-Feld aus

Temperatur muss niedrig genug sein (10 mK)

Messe Anzahl der emittiertene⁻parallel und antiparallel zuB~

Parit ¨atsoperation durch Umschalten der~B-Richtung.

Experiment

Wu-Experiment

[3]

Ergebnis

Geschwindigkeit: Axialer Vektor

Erwartung: Bei Parit ¨at VZ-Wechsel

Resultat: Es werdenin jedem Fall mehre⁻gegen den Kernspin emittiert!

Vorzeichen ¨andert sich also nicht

Spiegelbild des

Experiments kommt nicht vor

Helizit ¨at

Interpretation

Helizit ¨ath:= <s|p>

|s| |p|

mit Spinsund Impulsp linksh ¨andig:h=−1 rechtsh ¨andig:h= +1

Erkl ¨arung

Interpretation

e⁻haben Vorzugsrichtung

Gesamtspin des Systems ist erhalten Erkl ¨arung durch Helizit ¨at

Goldhaber-Experiment: Antineutrinos haben immerh= +1 Antineutrino wird also immer in Richtung des Kernspins emittiert

Impulserhaltung: Elektron muss entgegen dem Kernspin emittiert werden

Erste Vermutung: CP-Invarianz

CPT-Invarianz

P ist keine Symmetrieoperation f ¨ur physikalische Gesetze OperationS gesucht, sodass alle Gesetze invariant unter PS

Lev Landau 1957: Gesuchte Operation istC

C:Charge conjucation, ersetze Teilchen durch Antiteilchen Sp ¨atere Experimente mitβ⁺-Strahlern unterst ¨utzen die Vermutung

CPT-Invarianz

CPT-Invarianz

Es gibt Vorg ¨ange, die nichtCP-invariant sind (Kaon-Zerfall) L ¨osung: Nehme OperationT (Zeitumkehr) hinzu

Alle bekannten Prozesse sindCPT-invariant

Quellen

1 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e2/

Cartesian coordinate system handedness.svg

2 http://www.futura-sciences.com/uploads/

tx oxcsfutura/Wu Lee Yang.jpg

3 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/

Parity violation principle Wu experiment.jpg

4 Lee, Yang: Question of Parity Conservation in Weak Interactions, Originalpaper,

http://prola.aps.org/pdf/PR/v104/i1/p254 1