Zasada zachowania parzystości

Prawa zachowania parzystości wynikają z zasady symetrii zwierciadlanej. Zasada symetrii zwierciadlanej mówi o tym, że jeżeli dane zjawisko zachodzi, to zachodzi również jego zwierciadlane odbicie. W formułowaniu praw symetrii zwierciadlanej istotną rolę odgrywa pojęcie parzystości. Wyróżniamy parzystość przestrzenną P, ładunkową C i kombinowaną CP. Parzystość jest zachowana w oddziaływaniach silnych i elektromagnetycznych. W procesach wywoływanych oddziaływaniami słabymi zostają naruszone zasady zachowania wszystkich tych rodzajów parzystości. Oznacza to w szczególności, że procesy te, w postaci takiej jaką widzielibyśmy w lustrze, nie zachodzą w rzeczywistości.

Parzystość przestrzenna  P to wartość własna operatora inwersji czyli transformacji, która polega na zmianie kierunku wszystkich trzech osi układu odniesienia na odwrotne:

 

W mechanice kwantowej każdy stan układu charakteryzuje się parzystością. Jeżeli funkcja falowa  danej cząstki zależy od współrzędnych ( x, y, z), to jej zwierciadlane odbicie będzie zależało od współrzędnych (-x, -y, -z). Parzystość cząstki o spinie równym zero może być równa ±1. Jeżeli bowiem funkcja falowa, opisująca ruch odbitej cząstki  , różni się od pierwotnej czynnikiem , czyli

 

to wykonując dwa kolejne przekształcenia:

można zauważyć, że  musi być równe 1, czyli . Wielkość  nazywa się parzystością. Dla cząstek o spinie różnym od zera zachodzą bardziej skomplikowane obliczenia.

Parzystość ładunkowa C to wartość własna operatora sprzężenia cząstka - antycząstka.  Operator ten przyporządkowuje cząstce (o liczbach kwantowych B, Q, S, L) jej antycząstkę  (o liczbach odpowiednio -B, -Q, -S, -L), nie zmieniając przy tym jej pędu i spinu. Cząstki identyczne ze swoimi antycząstkami nazywa się cząstkami istotnie obojętnymi. Tylko cząstki istotnie obojętne mają określoną parzystość ładunkową C. Fotonowi przypisuje się C = -1, mezonom przypisuje się parzystość C = +1.

Parzystość kombinowana CP to wartość własna operatora, który stanowi iloczyn sprzężenia oraz inwersji. Zatem parzystość kombinowana to iloczyn parzystości przestrzennej P oraz ładunkowej C. Parzystości C i P z osobna nie zachowują się w oddziaływaniach słabych, ale parzystość CP na ogół będzie zachowana w tych oddziaływaniach. Są jednak wyjątki od tej zasady:

W powyższych rozpadach operacja C zamienia cząstki w ich antycząstki, natomiast operacja P zamienia neutrino lewoskrętne w antyneutrino prawoskrętne. Po zastosowaniu operacji kombinowanej CP reakcja pierwsza i druga są równoprawne i powinny zachodzić z jednakową częstotliwością. Okazuje się jednak, że prawdopodobieństwa obu rozpadów różnią się od siebie. Zatem natura rozróżnia rozpad materii od antymaterii i zachowanie symetrii CP jest łamane. Dopiero uzupełnienie operacji CP o inwersję czasu (czyli operacja CPT) daje operację zachowywaną we wszystkich typach oddziaływań.

Wielkość fizyczna	C	P	CP
współrzędna
czas	t	t	t
pęd
moment pędu
ładunek elektryczny	-Q	Q	-Q
liczba barionowa	-B	B	-B
liczba leptonowa	-L	L	-L
dziwność	-S	S	-S

Tabela: Wybrane wielkości fizyczne pod wpływem operacji inwersji P, sprzężenia C i parzystości kombinowanej CP.