Четность

Поведение изолированных физических систем со временем характеризуются рядом всеобщих законов, таких как законы сохранения энергии, импульса и момента импульса. Совокупность этих законов часто называют интегралами движения. Законы сохранения являются отражением свойств симметрии пространства-времени (мира), в которых движутся тела. Например, сохранение энергии есть следствие однородности времени, то есть неизменности (инвариантности) физических законов относительно изменения начала отсчета времени. Сохранение импульса есть следствие однородности пространства, то есть инвариантности физических законов относительно параллельного переноса декартовых координат. Закон сохранения момента импульса - следствие изотропности пространства, то есть инвариантности физических законов относительно поворота системы координат.

Имеется еще один вид симметрии пространства-времени, связанный с пространственной инверсией. Инверсия, или просранственное отражение, есть изменение направления (знаков) всех трех пространственных осей координат:

(1.8.1)

В результате инверсии правовинтовая система координат преобразуется в левовинтовую и наоборот. В сферической системе координат инверсия выглядит следующим образом:

(1.8.2)

При определенных условиях микроскопическая частица характеризуется свойством, которому, в отличие от энергии, импульса или момента импульса не отвечет никакой классический аналог в макромире. Это свойство непосредственно относится к волновой функции частицы и связано с ее поведением при инверсии системы координат. Согласно основному физическому свойству волновой функции, квадрат ее модуля определяет плотность вероятности найти микрочастицу в данный момент в данной точке пространства. Очевидно, что плотность вероятности не должна зависеть от того, в какой системе координат – правой (x, y, z) или левой (-x, -y, -z) проводятся наблюдения:

,

(1.8.3)

или в сферической системе координат:

,

(1.8.4)

если угол откладывается относительно оси Z, направление которой определяется одной из векторных характеристик микросистемы. Например, для зеркально-симметричного процесса вероятности вылета из ядра какой-либо частицы под углами и относительно направления спина ядра должны быть равны. Таким образом, для зеркально симметричного процесса абсолютная величина ψ-функции не изменяется

.

(1.8.5)

В общем случае

,

(1.8.6)

где Р – некоторое число. Возведем модули левой и правой частей (1.8.6) в квадрат:

.

(1.8.7)

Сравнивая (1.8.3) и (1.8.7), устанавливаем, что Р ² = 1, а Р = ± 1. Величина Р (parity – четность) называется четностью. Таким образом, для четных систем Р = 1, для нечетных Р = -1:

(1.8.8)

Это свойство, характеризующее изменение (или неизменность) знака волновой функции при инверсии координат называется четностью волновой функции.

Замечательным свойством для многих изолированных квантовых систем является закон сохранение четности: если изолированная физическая система в момент времени t = 0 имела определенную четность, то система сохраняет свою четность во все последующие моменты времени. Таким образом, четность является таким же интегралом движения, как энергия, импульс или момент импульса. Установлено, что четность сохраняется в процессах, обусловленных сильными (с участием ядерных сил) и электромагнитными взаимодействиями.

Четность системы из k нуклонов (или электронов) с орбитальными моментами l ₁, l ₂,..., l_k равна

P = (-1) ^l,

(1.8.9)

где l = l ₁+ l ₂+... + l_k – суммарный относительный орбитальный момент системы.

Выполнение закона сохранения четности приводит к правилам отбора для электромагнитного излучения атомов и ядер, для радиоактивных превращений и ядерных реакций.

Основные состояния четно-четных ядер всегда имеют положительную четность. У других ядер основные состояния могут быть как четными, так и нечетными. Ядра в возбужденных состояниях могут иметь различную четность, не обязательно совпадающую с четностью основного состояния, которая отмечается знаком плюс или минус при обозначении спина (например, I = 1⁺ и т.п.).

Дата добавления: 2014-01-04