電荷共軛宇稱

物理學中，電荷共軛宇稱（Template:Lang-en、Template:Lang或Template:Lang，可標為Template:Lang）是粒子的相乘量子數，用以描述一些粒子在電荷共軛的對稱運算下的行為。

電荷共軛改變所有量子荷（Template:Lang）的正負號，這些量子荷為相加量子數，包括有電荷、重子數與輕子數，以及味荷如奇異數、魅數、底數、頂數與同位旋（I₃）。相對地，電荷共軛不改變粒子的質量、線動量或自旋。

數學形式

考慮一運算$𝒞$可將一粒子轉變成其反粒子：

$𝒞|\psi ⟩=|\overline{\psi }⟩$。

兩個狀態都必須是可歸一化，因此

$1=⟨\psi |\psi ⟩=⟨\overline{\psi }|\overline{\psi }⟩=⟨\psi |{𝒞}^{†}𝒞|\psi ⟩$，

意味著$𝒞$是幺正的：

$𝒞{𝒞}^{†}=\mathrm{𝟏}$。

對此粒子進行重複兩次的$𝒞$運算，

${𝒞}^2|\psi ⟩=𝒞|\overline{\psi }⟩=|\psi ⟩$，

可以看出$𝒞$有如下性質：

${𝒞}^2=\mathrm{𝟏}$

$𝒞={𝒞}^{-1}$。

將所有性質統整可得：

$𝒞={𝒞}^{†},$

意即電荷共軛算符是自伴算符，也因此是一個可觀測物理量。

本徵值與本徵態

電荷共軛 $𝒞$ 運算的本徵態$|\psi ⟩$與本徵值${\eta }_C$關係如下：

$𝒞|\psi ⟩={\eta }_C|\psi ⟩$。

如同宇稱，重複$𝒞$運算兩次，則粒子狀態不變：

${𝒞}^2|\psi ⟩={\eta }_C𝒞|\psi ⟩={\eta }_C^2|\psi ⟩=|\psi ⟩$，

使得本徵值${\eta }_C$只能為$\pm 1$。此稱為粒子的電荷共軛宇稱。

上面的條件意味著$𝒞|\psi ⟩$與$|\psi ⟩$有相同的量子荷，因此只有真正中性的系統（所有量子荷與磁矩皆為零）是電荷共軛宇稱的本徵態。符合此條件的有：

• 光子
• 正反粒子約束態，如中性π介子（π⁰）、η介子、正電子素。

電荷共軛宇稱守恆的實驗驗證

• ${\pi }^0\to 2\gamma$：觀測到中性π介子${\pi }^0$會衰變為雙光子γ+γ，因此我們可認定π介子有${\eta }_C=(-1{)}^2=1$的性質。然而，每增加一個γ會在π介子的電荷共軛宇稱中引入一個-1的因子；衰變成3γ則會違反電荷共軛宇稱守恆。過去曾進行了此種衰變的實驗驗證，其中應用到產生π介子的反應過程：${\pi }^{-}+p\to {\pi }^0+n$。

• $\eta \to {\pi }^{+}{\pi }^{-}{\pi }^0$：Template:Le的衰變。

• $p\overline{p}$湮滅。

相關條目

• 宇稱
• CP破壞