Зарядовая чётность
Заря́довая чётность (С-чётность), чётность относительно операции зарядового сопряжения; мультипликативное квантовое число, характеризующее истинно нейтральную частицу (или истинно нейтральную систему частиц) и принимающее значение +1 или −1.
Истинно нейтральными называют частицы (системы частиц), тождественные своим античастицам (системам соответствующих античастиц). Примерами истинно нейтральных систем частиц являются: позитроний – связанное состояние электрона и позитрона, глюболы – связанные состояния глюонов, пи-ноль мезон, кварконии, представляющие собой связанное состояние тяжёлого кварка и антикварка одного аромата. Примерами истинно нейтральных фундаментальных элементарных частиц являются фотон, Z-бозон, бозон Хиггса, гипотетические гравитон и майорановские фермионы. Примерами последних могут служить т. н. «нейтралино», возникающее в ряде суперсимметричных теорий, и майорановское нейтрино, являющиеся перспективными кандидатами в объекты, составляющие тёмную материю во Вселенной.
С математической точки зрения истинно нейтральные частицы являются собственными состояниями оператора зарядового сопряжения, а собственные значения этого оператора (равные ±1) соответствуют их зарядовой чётности. Заряженные частицы не являются собственными состояниями оператора зарядового сопряжения, поскольку операторы заряда и зарядового сопряжения не коммутируют, и, следовательно, не могут иметь такую характеристику, как зарядовая чётность.
Понятие зарядовой чётности фотона в неявной форме использовалось в работе У. Фарри 1937 г.; точно его определение впервые сформулировали, по-видимому, М. Гелл-Ман и А. Пайс в 1955 г.
Зарядовая чётность сохраняется в процессах, обусловленных электромагнитным и сильным взаимодействиями, т. е. эти взаимодействия инвариантны относительно операции зарядового сопряжения. Например, в силу закона сохранения зарядовой чётности нейтральный π-мезон распадается на 2 фотона, а его распад на 3 фотона запрещён. На 2024 г. закон сохранения зарядовой чётности в электромагнитных взаимодействиях проверен с помощью этого распада с точностью до 0,000003 %. С-инвариантность сильного взаимодействия проверена в экспериментах по распаду η-мезона на нейтральный и заряженные пионы с точностью порядка 0,1 %. Зарядовая чётность не сохраняется в процессах, обусловленных слабым взаимодействием, поскольку оно нарушает C-инвариантность.
Зарядовая чётность фотона, переносчика электромагнитных взаимодействий, равна −1, поскольку при зарядовом сопряжении электрический заряд, а следовательно, и электромагнитное поле, меняют знак. Сохранение зарядовой чётности в квантовой электродинамике связано с теоремой Фарри, исключающей возможность наблюдения процессов, в которых общее число фотонов в начальном и конечном состоянии было бы нечётным.
Зарядовая чётность – мультипликативное квантовое число. Таким образом, зарядовая чётность системы, состоящей из нескольких частиц, определяется как произведение зарядовых чётностей всех её компонент.
Если известен полный момент системы частиц, состоящий из момента количества движения и спина , то зарядовая чётность такой системы равна . В соответствии с этой формулой зарядовая чётность позитрония равна либо 1 (парапозитроний, ), либо −1. (ортопозитроний, ). Следовательно, парапозитроний может распадаться только на чётное число фотонов, ортопозитроний – на нечётное. Глюон – переносчик сильных взаимодействий, в отличие от фотона не обладает определённой зарядовой чётностью, поскольку имеет цветной заряд и не является истинно нейтральной частицей. Бесцветные комбинации чётного и нечётного числа глюонов обладают зарядовой чётностью +1 или −1 соответственно. Это свойство оказывается полезным при изучении спектров масс и распадов глюболов (связанных состояний глюонов) и кваркониев (связанных кварк-антикварковых состояний).
В физике элементарных частиц используются также различные комбинированные чётности, которые можно рассматривать как обобщение понятия зарядовой чётности, например G-чётность, введённая Л. Мишелем, Ли Цзундао и Янг Чжэньином, а также CP-чётность.