Кира́льная симме́трия — непрерывная симметрия уравнений движения в квантовой теории поля (КТП), сочетающая два различных вида преобразований в изотопическом пространстве: преобразования, сохраняющие внутреннюю чётность частиц, и преобразования, изменяющие её. В результате киральные преобразования смешивают состояния не только с различными электрическими зарядами, но и с противоположной внутренней чётностью. Название термина происходит от греческого слова χειρ («рука»), отражая фундаментальную симметрию между «левыми» и «правыми» состояниями физических полей.
Динамическая природа и физический смысл В отличие от стандартных пространственно-временных или внутренних симметрий, киральная инвариантность обычно не приводит к строгому закону сохранения для изолированной системы частиц. Вместо этого она накладывает жёсткие ограничения на возможную форму их взаимодействия, выполняя роль динамической симметрии.
Каждое адронное состояние, например нуклон, обладает определённой внутренней чётностью. Переход в состояние с инвертированной чётностью возможен только в результате взаимодействия с другими частицами. В сильном взаимодействии эту роль выполняют псевдоскалярные мезоны (в частности, пи-мезоны), обладающие нулевым спином и отрицательной внутренней чётностью. Суммарная чётность системы зависит от чётности числа участвующих в процессе мезонов. Требование инвариантности относительно изотопических вращений с изменением чётности существенно ограничивает допустимые структуры нуклон-пионных вершин взаимодействия.
Векторные и аксиальные токи Согласно теореме Нётер, непрерывным преобразованиям киральной группы соответствуют сохраняющиеся токи. Преобразования без изменения чётности приводят к сохранению векторного тока (), связанного с сохранением полного электрического заряда системы. Преобразования с изменением чётности порождают аксиальный ток ().
В случае безмассовых спинорных частиц со спином (например, нейтрино) сохранение аксиального тока непосредственно связано с законом сохранения спиральности. Поскольку безмассовые фермионы распространяются со скоростью света, проекция их спина на направление движения остаётся неизменной. Левой спиральности соответствует комбинация токов , а правой — комбинация . В отсутствие внешних взаимодействий эти комбинации сохраняются независимо. Для массивных фермионов спиральность зависит от системы отсчёта и не является строгим квантовым числом, однако киральная структура сохраняется в самой форме взаимодействия. В слабом взаимодействии участвуют исключительно лептоны и кварки с левой спиральностью (), тогда как сильное взаимодействие инвариантно относительно как левых (), так и правых () адронных токов. Для расчёта вероятностей физических процессов и установления соотношений между амплитудами рассеяния в квантовой теории поля используется формализм алгебры токов. В киральных теориях алгебра токов распадается на два независимых коммутирующих сектора: алгебру левых токов () и алгебру правых токов ().
Приближённый характер симметрии Киральная квантовая теория поля успешно описывает процессы упругого и неупругого рассеяния, а также распады адронов при низких энергиях, давая результаты, находящиеся в хорошем согласии с экспериментальными данными. Кроме того, киральная симметрия проявляется в процессах при сверхвысоких энергиях в рамках партонной модели. В реальном мире киральная симметрия является приближённой. Она была бы точной только при нулевой массе псевдоскалярных мезонов. В силу того, что пионы и другие псевдоскалярные мезоны обладают ненулевой массой покоя (хотя и относительно малой по сравнению с массой барионов), аксиальный ток сохраняется лишь частично.
Примечания
Литература
Категория:Квантовая теория поля Категория:Физика элементарных частиц