永久磁石と物質・反物質の対称性

En résumé (grâce à un LLM libre auto-hébergé)

  • 永久磁性は、外部磁場の影響で電子のスピンが整列することによって説明される。
  • 電子は磁気双極子として振る舞い、その整列は熱や打撃によって乱されることがある。
  • ローレンツ群およびその成分が、特にP、TおよびPT対称性との関係において研究されている。

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永久磁石。

...強力な磁場の中に鉄の塊を置くと、その誘導磁場が切れた後も、この金属は永久磁化を保持する。なぜだろうか?

...磁場は電子のスピンに作用し、それぞれが小さな磁気双極子、すなわち小さな磁石のように振る舞う。しかし、磁場が切れた後も、なぜそれらはその磁場によって強制された方向を維持するのだろうか?

...それは電子がパヌルジュの羊のように振る舞うからだ。それぞれの電子は隣接する電子による磁場に従う。そのため、すべてのスピンは平行な状態を保つ。この秩序は金属を加熱したり叩いたりすると破壊される。

反物質の磁気モーメント。

...電荷共役はディラックの反物質において、磁気回転比(gyromagnetic coefficient)の符号を反転させる。スピン s は変化しないが、粒子の磁気モーメントは逆転する。この物質-反物質対称性は、粒子のエネルギー E や運動量 p を変化させないことに注意せよ。

ローレンツ群の4つの成分。

前述した「PT群」と呼ばれる、P、TおよびPTの対称性を支配する4成分群について述べた。(300)

次に、「空間と時間の向きを持つ」ガリレオ群が提示された。(301)

その後、4成分の完全なガリレオ群が提示された。(302)

P、TおよびPTの対称性を含む。

4×4のローレンツ群の要素 L は、次の公理的定義に従う。(303)

(304)

L は時空に作用する:
(305)

完全なガリレオ群と同様、完全なローレンツ群も4つの成分を持つ:

Ln:空間および時間の向きを変化させない要素。

Ls:空間反転(P対称性)を実現する要素。

Lt:時間反転(T対称性)を実現する要素。

Lst:空間および時間の両方を反転させる(PT対称性)要素。

4つの成分に属する行列の例を示す:(306)

An = 1(単位元):Ln は空間と時間を変化させない。

As:Ls は空間を反転させる。

At:Lt は時間を反転させる。

Ast:Lst は空間と時間の両方を反転させる。

単位成分は完全なローレンツ群の部分群である。

注意

(307)At = - As Ast = - An

2つの成分が部分群を形成する:(308)Lo = Ln ∪ Ls

その要素は時間の逆転を行わない。スリアウはこれを完全ローレンツ群 L の 正時的(orthochron)部分群 Lo と呼ぶ。残りの群、すなわち第3および第4成分に属する行列の集合:

Lac = Lt ∪ Lst

は群を形成しないが、スリアウが 反時的(antichron)集合と呼ぶ行列の集合である。したがって、完全なローレンツ群は(U は「和集合」を意味する)(309)

L = Lo ∪ Lac

しかし、(310)m Lo (ただし m = ±1)と書くことで、

完全な群が得られる。

ポアンカレ群の4つの成分。

ローレンツ群からポアンカレ群が構成される:(311)

C は時空の並進ベクトルである:
(312)

...完全なポアンカレ群は、ローレンツ群の4成分構造に起因して4つの成分を持つ。古典物理学では、ポアンカレ群はその単位成分に制限される。

...以前の節で、群がその運動量空間上で作用する共随伴作用を構成した。これは選ばれた成分に関わらず「一般に」成立する。以降では、異なる成分に対する作用を検討する。これは以前に J.M. スリアウによって行われている:スリアウ『動的系の構造』、Dunod 1973年(フランス語)、Birkhäuser 1997年(英語)、第III章、p.197、『空間と時間の反転』という項。

索引:動的群論