Чётность

квантовомеханическая характеристика состояния физической микрочастицы (молекулы, атома, атомного ядра, элементарной частицы), отображающая свойства симметрии этой микрочастицы относительно зеркальных отражений. В процессах, обусловленных сильными взаимодействиями (См. Сильные взаимодействия) и электромагнитными взаимодействиями (См. Электромагнитные взаимодействия), имеет место закон сохранения Ч.: физическая система, обладавшая в начальном состоянии зеркальной симметрией определённого типа, сохраняет эту симметрию во все последующие моменты времени. Сохранение Ч. приводит к ряду отбора правил (См. Отбора правила) в электромагнитном излучении атомов и атомных ядер, в ядерных реакциях и в реакциях взаимопревращений элементарных частиц.

Закон сохранения Ч. можно продемонстрировать на примере Зеемана эффекта. При наложении магнитного поля интенсивность излучения отдельных спектральных линий остаётся симметричной относительно плоскости, перпендикулярной полю, хотя и перестаёт быть одинаковой во всех направлениях. Излучение вдоль поля такое же, как и в противоположном направлении. Если представить себе установку для наблюдения эффекта Зеемана в виде кругового проводника с током и с образцом, помещенным в центре круга, то зеркальная симметрия этой установки становится очевидной, но лишь при условии, что все элементарные частицы, из которых состоит установка, обладают зеркальной симметрией. Т. о., закон сохранения Ч. основывается на допущении, что электроны, протоны и другие частицы переходят в себя при зеркальном отражении.

Вместо зеркальной симметрии относительно плоскости удобнее рассматривать операцию инверсии координатных осей, r→ —r (или х→—х,у→—у,z→—z) (см. Пространственная инверсия).

Законом сохранения Ч. определяются трансформационные свойства физических величин при инверсии координатных осей. Так, из допущения о том, что заряженная частица, например электрон, при инверсии переходит сама в себя, следует, что электрический заряд q есть скаляр, плотность тока j и напряжённость электрического поля Е —истинные (полярные) векторы, а напряжённость магнитного поля Н — аксиальный вектор (псевдовектор): q →q',j→ —j',Е→ —Е',Н→ Н'.

В слабых взаимодействиях (См. Слабые взаимодействия), обусловливающих, в частности, Бета-распадядер, закон сохранения Ч. нарушается. Такое нарушение было предсказано в 1956 Ли Цзун-дао и Ян Чжэнь-нином и подтверждено экспериментально в 1957 Ву Цзянь-сюн с сотрудниками в β-распаде ядер, а также американскими физиками Л. Ледерманом, Р. Гарвином и др. в распаде мюона (См. Мюоны). Ч. не сохраняется также в распадах заряженных пи-мезонов (См. Пи-мезоны),К-мезонов (См. К-мезоны) и гиперонов (См. Гипероны).Советскими физиками Ю. Г. Абовым и др., а также В. М. Лобашёвым обнаружено слабое несохранение Ч. при нуклон-нуклонных взаимодействиях.

На рис.изображена принципиальная схема опыта Ву. Образец, содержащий радиоактивный изотоп ⁶⁰Co, помещен в магнитное поле Н кругового тока. Поле Н ориентирует вдоль поля сравнительно большие по величине магнитные моменты ядер ⁶⁰Со. Маленькой стрелкой указано направление скоростей электронов внутри проводника. Как и в эффекте Зеемана, вся система зеркально симметрична относительно плоскости, в которой течёт круговой ток. При выполнении закона сохранения Ч. интенсивность излучения электронов (е^―) при электронном (β-распаде должна быть одинаковой по обе стороны этой плоскости. В эксперименте же наблюдалась резкая асимметрия: по одну сторону плоскости испускалось на 40% больше электронов, чем по другую. Из опыта Ву следует, что напряжённость магнитного поля не аксиальный, а полярный вектор. Это не противоречит уравнениям электродинамики, если одновременно принять, что плотность тока и напряжённость электрического поля — аксиальные векторы, а электрический заряд — псевдоскаляр. Псевдоскалярность заряда означает, что при зеркальном отражении электроны переходят в позитроны (е⁺) и вообще все частицы — в соответствующие Античастицы. Возможность такой трактовки отражений была указана американскими учёными Э. Вигнером, Г. Виком и А. Уайтменом ещё в 1952. Зеркальное отражение, сопровождающееся заменой всех частиц на античастицы, Л. Д. Ландау назвал комбинированной инверсией (См. Комбинированная инверсия). Допущение о симметрии законов природы относительно комбинированной инверсии выражается законом сохранения комбинированной чётности. При замене закона сохранения Ч. на закон сохранения комбинированной Ч. схема опыта Ву перестаёт быть зеркально симметричной, т.к. зеркальным отображением этого опыта (рис.) будет позитронный бета-распад ядра антикобальта,

(состоящего из антипротонов и антинейтронов), в магнитном поле кругового тока позитронов. Т. к. заряд позитрона положителен, то при том же направлении движения носителей заряда знак тока изменится, что приведёт и к изменению знака магнитного поля (Н’).

Т. о., закон сохранения Ч. является приближённым, справедливым лишь в пренебрежении слабыми взаимодействиями. С такой же точностью справедлива традиционная трактовка (Н — аксиальный вектор и т.д.) трансформационных свойств электромагнитных величин относительно инверсии координатных осей.

В квантовой теории Ч. состояния системы из n частиц определяется как собственное значение (См. Собственные значения) оператора инверсии Р.Действие оператора Р на вектор состояния Ψ (p₁,..., pn) состоит в изменении знаков импульсов p_i частиц и в умножении на произведение П₁... П_n внутренних чётностей частиц. Внутренняя Ч. — неотъемлемое свойство частицы и равна либо +1, либо —1. Частицы, для которых П_к= 1, называются чётными, а частицы, у которых П_к= —1, — нечётными. Внутренняя Ч. пи-мезонов отрицательна. Внутренние Ч. античастиц с полуцелым Спином противоположны Ч. соответствующих частиц. Оператор Р не действует на проекции спинов и на заряды. Собственные значения оператора Р равны ± 1. Состояния сР =1 называются чётными, а с Р = —1 — нечётными.

Из определения Ч. вытекают правила для установления Ч. физических систем из нескольких частиц: 1) Ч. системы n частиц с орбитальными моментами

...,

равна

П₁... П_n

(здесь η — постоянная Планка, l_i — целые числа); 2) Ч. П₁₂ сложной системы, состоящей из двух подсистем с Ч. соответственно П₁, П₂, равна П₁₂ = П₁П₂(—1) ^L, где — орбитальный момент относительного движения подсистем.

У квантов электромагнитного поля не существует ни внутренней Ч., ни орбитального момента. Ч. кванта электромагнитного излучения (фотона) определяется его мультипольностью (см. Мультиполь).Ч. электрического 2l-поля равна (—1) ^l, а Ч. магнитного 2l-поля равна (—1) ^l+1.Поэтому Ч. физ. системы сохраняется при испускании или поглощении электрического мультипольного кванта с чётным l или магнитного мультипольного кванта с нечётным l и изменяется на противоположную при испускании или поглощении электрического (магнитного) мультипольного кванта с нечётным (чётным) l. Правила отбора по Ч. при электромагнитном излучении атомов и ядер возникают за счёт того, что при одинаковой мультипольности и прочих равных условиях магнитное излучение значительно слабее электрического. Отношение вероятностей магнитного и электрических излучений имеет порядок (2πR/λ)², где R — линейный размер излучателя, λ— длина волны излучаемого кванта. Это отношение и для ядер, и для атомов, как правило, значительно меньше единицы, так что правила отбора по Ч. проявляются достаточно резко.

Закон сохранения Ч. (называемый также Р-инвариантностью) формулируется как сохранение величины Р при сильных и электромагнитных взаимодействиях.

Понятие внутренней Ч. частицы, а тем самым и Ч. состояния, содержит некоторую степень неоднозначности, связанную с невозможностью сравнить между собой Ч. состояний, различающихся значениями хотя бы одного из сохраняющихся зарядов — электрического, барионного и др. Поэтому, в частности, Ч. вакуумного состояния, Ч. протона, нейтрона, электрона произвольны и могут быть выбраны положительными. Но уже, например, Ч. пи-мезона, позитрона, антипротона станут при таком выборе строго определёнными (отрицательными).

С понятием Ч. тесно связан фундаментальный вопрос о симметрии реального пространства относительно зеркальных отражений. Методами теории групп доказывается, что если пространство обладает зеркальной симметрией, то должны строго выполняться либо закон сохранения Ч., либо инвариантность при комбинированной инверсии. Экспериментально установлено нарушение обоих этих законов при слабых взаимодействиях. Поэтому есть основание считать, что либо пространство не обладает симметрией между правым и левым, либо эта симметрия нарушается в определённых типах взаимодействий (например, приводящих к распаду т. н. долгоживущего нейтрального К-мезона,

Лит.: Ли Ц., Ву Ц., Слабые взаимодействия, пер. с англ., М., 1968; Широков Ю. М., Юдин Н. П., Ядерная физика, М., 1972; Ли Цзун-дао, Янг Чжэнь-нин, в сборнике: Новые свойства симметрии элементарных частиц, пер. с англ., М., 1957, с. 13; Ву Цзянь-сюн [и др.], там же, с. 69; Гарвин Р., Ледерман Л., Вейнрих М., там же, с. 75; Abov Yu. G. et al, «Physics Letters», 1968, v. 27B, № 1, p. 16; Лобашов В. М., «Вестник АН СССР», 1969, № 2, с, 58; Вигнер Е., «Успехи физических наук», 1958, т. 65, в. 2, с. 257; Wick G., Wightman A., Wigner Е., «Physical Review», 1952, v. 88, p. 101; Ландау Л. Д., «Журнал экспериментальной и теоретической физики», 1957, т. 32, в. 2, с. 405; Широков Ю. М., там же, 1958, т. 34, в. 3, с. 717; его же, там же, 1960, т. 38, в. 1, с. 140.

Ю. М. Широков.

К ст.Чётность.

1. чётность;
2. чётности;
3. чётности;
4. чётностей;
5. чётности;
6. чётностям;
7. чётность;
8. чётности;
9. чётностью;
10. чётностями;
11. чётности;
12. чётностях.

-и, ж.

Свойство по знач. прил. четный.

Четность чисел. Четность изотопов.

ж.

отвлеч. сущ. по прил. чётный 1.

ЧЕТНОСТЬ - квантовое число, характеризующее симметрию волновой функции физической системы или элементарной частицы при некоторых дискретных преобразованиях: если при таком преобразовании ? не меняет знака, то четность положительна, если меняет, то четность отрицательна. Для абсолютно нейтральных частиц (или систем), которые тождественны своим античастицам, кроме четности пространственной, можно ввести понятия зарядовой четности и комбинированной четности (для остальных частиц замена их античастицами меняет саму волновую функцию).

parity

f.parity, property of being even, evenness; внутренняя чётность, intrinsic parity

ж. мат.

parità

ЧЕТНОСТЬ

квантовомеханич. хар-ка состояния микрочастицы (молекулы, атома, ат. ядра, элем. ч-цы), отображающая св-ва симметрии волн. ф-ции этой ч-цы относительно зерк. отражений (пространственной инверсии). В процессах, обусловленных сильным и эл.-магн. вз-ствиями, имеет место закон сохранения Ч.: физ. система, обладавшая в нач. состояния зерк. симметрией определ. типа, сохраняет эту симметрию во все последующие моменты времени. Сохранение Ч. приводит к ряду отбора правил для эл.-магн. излучения атомов и ат. ядер, для яд. реакций и реакций взаимопревращений элем. ч-ц.

Закон сохранения Ч. можно проиллюстрировать на примере излучающей антенны, у к-рой геом. форма и распределение токов в каждый момент времени обладают зерк. симметрией. Согласно закону сохранения Ч., такой же симметрией будет обладать диаграмма направленности излучения антенны.

В слабом взаимодействии, обусловливающем, в частности, бета-распад ядер, закон сохранения Ч. нарушается. Возможность такого нарушения была предсказана в 1956 кит. физиками Ли Цзундао и Янг Чжень-нином и подтверждена экспериментально в 1957 By Цзяньсюн с сотрудниками (США) в b-распаде ядер, а также Л. Ледерманом с сотрудниками (США) в распаде мюона. Ю. Г. Абов, В. М. Лобашёв и др. обнаружили слабое несохранение Ч. при нуклон-нуклонном вз-ствии. Имеются эксперим. указания на слабое несохранение Ч. в эл.-магн. излучении атомов.

На рис. а изображена схема опыта By. Образец, содержащий радиоакт. изотоп 60Со, помещён в магн. поле кругового тока (В — магн. индукция). Это поле ориентирует магн. моменты ядер кобальта вдоль В (установка помещена в криостат при темп-ре ок. 1 К). Маленькой стрелкой указано направление скоростей эл-нов внутри проводника с током. Как и в примере с антенной, вся система зеркально симметрична относительно плоскости, в к-рой течёт круговой ток. При выполнении закона сохранения Ч. интенсивность излучения эл-нов b-распада должна быть одинаковой по обе стороны этой плоскости. В эксперименте же наблюдалась резкая асимметрия: по одну сторону плоскости испускалось на 40% больше эл-нов, чем по другую. Т. о., из опыта By следует, что изучаемая система не обладает зерк. симметрией.

Ещё в 1952 амер. физик Э. Вигнер с сотрудниками отметили возможность того, что при зерк. отражении эл-ны переходят в положительно заряж. ч-цы той же массы — позитроны и вообще все ч-цы переходят в соответствующие античастицы. Зерк. отражение, сопровождающееся заменой всех ч-ц системы на античастицы, было названо Л. Д. Ландау комбинированной инверсией. Симметрия законов природы относительно комбинированной инверсии приводит для истинно нейтральных частиц и систем к закону сохранения комбинированной чётности. При замене закона сохранения Ч. на закон сохранения комбинированной Ч. схема опыта By перестаёт быть зеркально симметричной, т. к. зерк. отображением этого опыта (рис., б) будет позитронный b-распад ядра антикобальта (состоящего из антипротонов и антинейтронов) в магн. поле кругового тока позитронов антивещества проводника. (Поскольку заряд позитрона положителен, при том же направлении носителей заряда проводника знак тока изменится, что приведёт к изменению знака В.)

Сильное нарушение закона сохранения Ч. установлено для всех процессов слабого вз-ствия.

В квант. теории Ч. явл. физ. величиной, характеризующей основные и возбуждённые состояния микрочастиц. При соблюдении закона сохранения Ч. последняя может иметь только два значения: +1 и -1. Под влиянием слабого вз-ствия к состоянию с данной Ч. добавляется малая примесь состояния с противоположной Ч. В атомах и в ат. ядрах эта примесь не превышает 10-6—10-7 (однако в ядрах могут быть спец. причины усиления эффектов несохранения чётности на неск. порядков). Поэтому каждая ч-ца с хорошей точностью обладает определённой внутренней чётностью Р, равной либо + 1, либо -1. Ч-цы с Р=+1 наз. чётными, а с Р=-1 —нечётными. Напр., p°-мезон нечётен. Внутр. Ч. ч-ц с полуцелым спином — фермионов неопределённы, но они противоположны Ч. соответствующих античастиц. Это обусловливает, напр., отрицат. внутр. Ч. мезонов, составленных из кварка и антикварка с нулевым орбит. моментом (p, К, r, w, j и т. д.). Для ч-ц с целым спином (бозонов) Ч. ч-цы и античастицы одинакова. Ч. системы из ч-ц с орбит. моментами ћl1,..., ћln равна

P1...Pn(-1)l1+...ln

где Р1,..., Рn — внутр. Ч. ч-ц системы, l1..., ln — неотрицат. целые числа.

У квантов эл.-магн. поля (фотонов) не существует ни внутр. Ч., ни орбит. момента. Ч. фотона определяется его мультипольностью (см. МУЛЬТИПОЛЬ). Ч. электрического 2l-поля равна (-1)l, а Ч. магнитного 2l-поля равна (-1)l+1. Поэтому Ч. физ. микросистемы сохраняется при испускании или поглощении электрич. мультипольного фотона с чётным l или магн. мультипольного фотона с нечётным l, а в остальных случаях меняется на противоположную. Это приводит к правилам отбора по Ч. для эл.-магнитного излучения молекул, атомов и ядер.

ЧЕТНОСТЬ (обозначение Р), в физике - термин, используемый для обозначения симметрии отражения пространства. Принцип сохранения четности гласит, что физические законы в лево- и правосторонних СИСТЕМАХ КООРДИНАТ одинаковы. Это считалось безоговорочным до 1956 г., когда Ян Чжен-Нинь и Ли Цзун-Дао открыли, что это правило нарушается СЛАБЫМИ ЯДЕРНЫМИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯМИ, действующими между ЭЛЕМЕНТАРНЫМИ ЧАСТИЦАМИ (см. также спин). Понятие четности используется в ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ для определения свойства последовательностей цифр, что может быть использовано в передаче информации для определения ошибок.

ЧЁТНОСТЬ -и; ж. к Чётный. Ч. чисел. Ч. изотопов.

* * *

квантовое число, характеризующее симметрию волновой функции Ψ физической системы или элементарной частицы при некоторых дискретных преобразованиях; если при таком преобразовании Ψ не меняет знака, то чётность положительна, если меняет, то чётность отрицательна. Для истинно нейтральных частиц (или систем), которые тождественны своим античастицам, кроме пространственной чётности, можно ввести понятия зарядовой чётности и комбинированной чётности (для остальных частиц замена их на античастицы меняет саму волновую функцию).

* * *

ЧЕТНОСТЬ, квантовое число, характеризующее симметрию волновой функции физической системы или элементарной частицы при некоторых дискретных преобразованиях: если при таком преобразовании y не меняет знака, то четность положительна, если меняет, то четность отрицательна. Для абсолютно нейтральных частиц (или систем), которые тождественны своим античастицам(см. АНТИЧАСТИЦЫ), кроме четности пространственной(см. ЧЕТНОСТЬ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ), можно ввести понятия зарядовой четности(см. ЗАРЯДОВАЯ ЧЕТНОСТЬ) и комбинированной четности(см. КОМБИНИРОВАННАЯ ЧЕТНОСТЬ) (для остальных частиц замена их античастицами меняет саму волновую функцию).

ЧЁТНОСТЬ — принадлежность числа к чётным млн. нечётным числам. Чётное число — натуральное число, кратное числу 2, т.е. делящееся на 2 нацело.