電荷共軛宇稱

物理學中，電荷共軛宇稱（、或，可標為）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（）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\mathcal{C}可將一粒子轉變成其反粒子：
:\mathcal C \, |\psi\rangle = | \bar{\psi} \rangle。
兩個狀態都必須是可歸一化，因此
: 1 = \langle \psi | \psi \rangle = \langle \bar{\psi} | \bar{\psi} \rangle = \langle \psi |\mathcal{C}^\dagger \mathcal C| \psi \rangle，
意味著\mathcal C是幺正的：
:\mathcal C \mathcal{C}^\dagger =\mathbf{1}。

對此粒子進行重複兩次的\mathcal{C}運算，
: \mathcal{C}^2 |\psi\rangle = \mathcal{C} |\bar{\psi}\rangle = |\psi \rangle，
可以看出\mathcal{C}有如下性質：
: \mathcal{C}^2=\mathbf{1}
: \mathcal{C}=\mathcal{C}^{-1}。

將所有性質統整可得：
:\mathcal{C}=\mathcal{C}^{\dagger},
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 \mathcal C 運算的本徵態|\psi\rangle與本徵值\eta_C關係如下：
:\mathcal C \, |\psi\rangle = \eta_C \, | \psi \rangle。

如同宇稱，重複\mathcal{C}運算兩次，則粒子狀態不變：
:\mathcal{C}^2|\psi\rangle = \eta_C \mathcal{C} |{\psi} \rangle = \eta_{C}^{2} |\psi\rangle = | \psi \rangle，
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\mathcal C|\psi\rangle與|\psi\rangle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\rightarrow 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 \rightarrow \pi^0 + n。

*\eta \rightarrow \pi^{+} \pi^{-} \pi^{0}：的衰變。

*p \bar{p}湮滅。

相關條目

• 宇稱
• CP破壞

參考文獻