Eichtheorie und CP Verletzung

    • Eichtheorie und CP Verletzung

      Durch die Facebookgruppe von Netzwerk Teilchenwelt bin ich auf folgendes lustiges Video :thumbsup: gestoßen:



      Während ich die Kommentare zu diesem Video durchgegangen bin, ist mir folgender Beitrag aufgefallen:

      "Hello, great video. However in your Standard Model Lagrangian, I don't think there should be a CP violating phase for the U(1) gauge field because it is Abelian. I also think there shouldn't be a CP violating phase for the SU(2) gauge field since the fermion representations are chiral and this phase can always be rotated away (i.e. it's unphysical)."
      fliptomato vor 17 Stunden

      Es ist das erste Mal, dass ich die Begriffe Eichtheorie und CP Verletzung zusammen sehe. Über die beiden Begriffe selbst, weiß ich nur das, was in Wikipedia steht. ?(
      Ich würde gerne wissen, was "fliptomato" mit seinem Kommentar meint und wie beides (Eichtheorie und CP Verletzung) miteinander zusammenhängt :) - kennt sich damit jemand aus?
    • Hallo David, Du Forschungsreisender :)

      Erstmal ganz kurz, was CP-Verletzung heißt: CP ist eine Kurzschreibweise für eine Symmetrie, eigentlich das Produkt zweier Symmetrien:
      1. C: Umkehrung aller Ladungen, d.h. Wechsel zwischen Teilchen <-> Antiteilchen
      2. P: Umkehrung aller Ortskoordinaten, d.h. Spiegelung des gesamten Vorgangs

      Eine Verletzung dieser Symmetrie heisst, dass "links" bei Teilchen und "rechts" bei Antiteilchen nicht ganz das gleiche sind, aber auch dass sich Materie und Antimaterie ein klein wenig unterschiedlich verhalten. Ohne eine Verletzung von CP hätte sich kurz nach dem Urknall alle entstandene Materie mit aller entstandener Antimaterie komplett vernichtet und das Universum wäre heute leer (bis auf Hintergrundstrahlung aus Photonen und Neutrinos).
      Ob eine der fundamentalen Wechselwirkungen diese Symmetrie verletzt, erkennt man an ihrer Grundformel, der sog. "Lagrangedichte" (was das ist erklär ich gern auf Nachfrage). Stecken nämlich nicht-relle Zahlen darin (so genannte "komplexe Phasen") dann verletzt diese Wechselwirkung CP, und dann verhalten sich Teilchen bei dieser Wechselwirkung ein wenig anders als Antiteilchen. Die elektromagnetische Wechselwirkung (das meint der Kommentator mit "U(1)") erlaubt z.B. keine solchen komplexen Phasen, daher verhalten sich dort alle Teilchen und Antiteilchen genau gleich, nur mit umgekehrtem Vorzeichen. Die CP Verletzung des Standardmodells steckt in der schwachen Wechselwirkung, und dort genauer in den y_ij auf dieser Tasse mit der Lagrangedichte des Standardmodells:

      Die y_ij dürfen nämlich komplex sein. Und was die Natur darf, das macht sie normalerweise auch ;) Sehen kann man das z.B. darin, dass sich Teilchen mit b-Quarks ein klein wenig anders verhalten als Teilchen mit b-Antiquarks, was das LHCb Experiment am CERN untersucht (daher das "b" im Namen). Wer ein wenig mehr über die Formel auf der Tasse wissen will kann auf physicsandmore.deviantart.com/…-MODEL-EQUATION-274133999 nachsehen oder hier im Forum fragen.

      So, und was hat das nun alles mit Eichtheorien zu tun? Die Eichtheorie des Standardmodells ist die bisher tiefste Einsicht, die Menschen über das Universum erlangt haben. Sie besagt, dass die Natur versucht so flexibel zu sein, dass lokale "Umeichungen" (z.B. von Ladungen) komplett wirkungslos sind. Dies gilt für jede Wechselwirkung und die Umeichungen haben so komische Symbole wie U(1), SU(2) oder SU(3), was einfach Abkürzungen für mathemtische "Symmetriegruppen" sind. Anschaulich kann man sich darunter z.B. Drehungen vorstellen. Auf die Bundesliga angewandt wäre z.B. eine lokale Umeichung der Trainer, wenn ich diese rotiere: Schaaf geht von Werder nach Bayern, Heynckes von Bayern zu Dortmund, Klopp von Dortmund zu Schalke u.s.w. u.s.w. Und Trainer-eichsymmetrisch wäre die Bundesliga, wenn dann trotzdem alle Spiele genau dasselbe Ergebnis liefern. Bei Teilchen funktioniert das! Aber es macht Wechselwirkungen zwischen den Teilchen nötig. In der Bundesliga würde das genauso sein, denn die Trainer müssten sich unterhalten, also miteinander wechselwirken: Schaaf müsste Heynckes fragen, "he, wie motiviere ich denn den Gomez am besten, damit er vorne nicht einschläft?" 8)
      Und das absolut dolle an diesen Eichtheorien bzw den Eichsymmetrien ist, dass sie ganz genau vorschreiben, wie die Formel auf der Tasse auszusehen hat. So und nicht anders, denn sonst ist das Universum nicht eichsymmetrisch. Und deshalb sagen die Eichtheorien auch genau vorher, welche Wechselwirkungen CP verletzen dürfen (die schwache) und welche nicht (die elektromagnetische). Und eins der offenen Fragen ist: Die starke Wechselwirkung zwischen den Quarks darf auch CP verletzen, tut es aber nicht! Und niemand weiß warum die Natur hier ausnahmsweise etwas nicht macht, was sie eigentlich dürfte... :?:

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