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物质与反物质通过群在其动量空间上的余伴随作用的几何化。3:

狄拉克反物质的几何描述。

继费曼及所谓CPT定理之后对反物质的首个几何解释。

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让-皮埃尔·珀蒂 & 皮埃尔·米迪

马赛天文台

法国


摘要。

……我们将反时元素纳入动力学群。于是我们得到涉及T对称性的运动和矩,如PT对称运动和CPT对称运动。前者唤起费曼对反物质的 vision,后者即所谓的“CPT定理”。但时间反演,由于余伴随作用,会改变质量和能量的符号。一个物质粒子的PT对称对应物不再等同于狄拉克反粒子,正如费曼所认为的那样。它是一个反粒子,但具有负质量。CPT定理同样如此:一个物质粒子的CPT对称对应物是一个物质粒子,但具有负质量。


1)引言。

……在之前的论文([1]和[2])中,我们给出了反物质的几何解释。物质和反物质被假定在十维空间中拥有各自的竞技场{z i > 0}和{z i < 0}:

(1)

{ z1, z2, z3, z4, z5, z6, x, y, z, t}

由时空{x, y, z, t}加上六个额外维度组成。光子的竞技场对应于{z i > 0}平面。

……我们的16维群给出六个额外的标量,被认定为量子荷。我们建议的反物质基本几何定义对应于:

(2)

z-对称性:{ zi} ----> {- z i}

……通过一个四分量群[2],我们已经表明,在此条件下,z-对称性伴随着C-对称性,这对应于狄拉克反物质[3]、[4]和[5]。

费曼提出了反物质的另一种描述。论证如下。

如果我们考虑一个具有质量m和冲量p的粒子的演化,其能量为:

(3)

假设这个粒子在“孪生折叠”F*中运动,从状态1(P*1)到状态2(P*2)。

我们只保留一个空间标记x = x1(令x2 = 0和x3 = 0)。这种演化的振幅为:

(4)

(其中,按惯例,c = h = 1)。

……这条路径在我们的时空折叠F中拥有一个共轭像。由于PT对称性的效应,位于折叠F和F*中的某些假设观察者的“视觉”会不同。对于位于折叠F中的观察者,具有质量m和冲量p的粒子从状态2运动到状态1(P和T都给冲量加上一个负号)。这一运动发生在一个时间间隔Dt' = t'1 - t'2 = t2 - t1内,并从位置x2到位置x1。

……例如,如果一个具有左螺旋性的中微子ne在折叠F*中运动,从折叠F的“视角”来看,其螺旋性将反转:它将是一个反中微子。

3)转向完全扩展的庞加莱群。

……费曼的想法(PT对称粒子)意味着群中存在反时分量。在参考文献[1]和[2]所给出的群中,空间反演已经存在,这是由于它们存在于基本正交时洛伦兹群中。它们被要求用来考虑光子和中微子的不同螺旋性。

我们可以扩展该群,引入一个时间切换矩阵:

(5)

……与正交时子群的元素相乘,我们可以构建反时分量。但让我们用更简单的方式来做:

(6)

……这个群包含所有所需的分量:正交时和反时,但这样的写法以方便的方式显现了PT对称性(m = - 1)。

……这是一个八分量群(2 x 2 x 2)。[2]的群是(6)的子群,因此[2]的群是[1]的群的子群。

余伴随作用被发现为:

(7)

在这里,我们再次将标量c i认定为粒子荷集:

(8)

{c i} = { q, cB, cL, cm, ct, v }

l = - 1实现:

(9)

z-对称性:{z i} ----> {- z i}

在这里,z-对称性再次被等同于物质-反物质对偶性。

……有了这些材料,我们可以分析不同分量对动量的影响。由于我们有反时项,我们的动量空间必须扩展到(E < 0)动量扇区。见图1。

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图1:具有正能量和

负能量扇区的动量空间。