Violation Symétrie CP
Bonjour à tous,
quelqu'un peu m'expliquer en détaille ce qu'est la violation symétrie CP quand on parle de particule et d'antiparticule.
( parfois j'ai vu l'annotation symétrie CPT, je voudrais aussi savoir si c'est la même chose)
Merci d'avance
( je tiens à préciser que c'est pour un niveau licence donc allez y doucement parce que j'ai pas toutes les notions)
salut,
le principe est grossièrement le suivant :
- en physique (et pas seulement) quand la description de l'évolution d'un système ne change pas si on lui fait subir une certaine transformation, on dit qu'il y a une symétrie. Quand une fonction d'une variable est paire (elle prend les mêmes valeurs si tu remplaces x par -x), elle a ce qu'on appelle une symétrie
- tu as plusieurs types de symétries, et en particulier on distingue les symétries discrètes des symétries continues. Plutôt que de te donner une définition technique, je vais te donner un exemple : si tu prends les vecteurs du plan, l'opération qui a un vecteur de composantes (a,b) associe le vecteur (-a,-b) est une opération discrète car l'image ne s'obtient pas par une succession de petites opérations. Par contre, si tu passes du vecteur (a,b) au vecteur (a cos i + b sin i,b cos i - a sin i) [tu fais une rotation d'angle i dans le plan donc], tu peux le faire par une continuité de petites rotations... la rotation est donc une transformation continue. Quand la description d'un système ne change pas sous une opération discrète, on dit qu'il a une symétrie discrète [et qu'elle est continue si la transformation est continue]
- il existe 3 opérations discrètes importantes en physique qui sont notées C, P et T. La dernière consiste à changer le sens de la flèche du temps, la deuxième est dite "parité" [elle consiste grossièrement à remplacer le système par son image dans un miroir] et la première est appelée "conjugaison de charge" car elle consiste (entre autres) à remplacer les charges électriques par les charges opposées [en fait elle fait de même avec d'autres nombres qu'on appelle "nombres ou charges quantiques" et qui caractérisent un système et pour faire le lien avec ta question, elle consiste à remplacer les particules par leurs anti-particules...]
- si tu prends les théories que tu as vues jusqu'à présent [physique newtonienne, électromagnétisme, etc], les équations du mouvement sont invariantes sous chacune de ces 3 opérations. On dit que ces théories possèdent les symétries C, P et T.
- évidemment, rien ne t'interdit de composer ces trois opérations (par exemple inverser le sens du temps et changer le signe des charges) et on peut donc définir des "opérations composées" (ici ça serait TC)... ainsi CPT est l'opération qui consiste à faire les trois opérations discrètes à la suite
- pendant longtemps, on a cru que tous les phénomènes physiques devaient posséder ces trois symétries indépendamment les unes des autres... autrement dit, on pensait que si on voyait un phénomène dans la vraie vie, son image dans un miroir devait également décrire un phénomène physique qui peut avoir lieu, que si on filmait un phénomène et qu'on passait le film à l'envers (en remontant le temps donc), on devait voir un phénomène possible dans la nature et idem si on remplaçait les particules par des antiparticules
- dans les années 50, les gens se sont aperçus qu'en fait ce n'est pas vrai... certains phénomènes (qui font intervenir ce qu'on appelle l'interaction faible, le processus responsable entre autres de la radioactivité beta) violent la parité... tu en as une description dans ce document
- ça a déjà été une grande surprise mais pendant un moment les gens ont pensé que même si la nature n'était pas symétrique sous cette opération, elle l'était sous la combinaison CP, ce que pouvaient laisser croire les expériences faites jusqu'au début des années 60... autrement dit, on pensait qu'en regardant un phénomène dans un miroir ET en remplaçant les particules par des antiparticules, on voyait un truc qui existe dans la nature
- un point important à comprendre ici est que des postulats assez généraux permettent de montrer que toute théorie "raisonnable" doit posséder la symétrie CPT, c'est-à-dire l'invariance sous la combinaison des trois opérations... avoir la symétrie CP, veut donc dire aussi avoir la symétrie T... pas de "sens du temps privilégié" au niveau microscopique
- quand vers le milieu des années 60 on a découvert qu'en fait il existe des phénomènes qui ne possèdent pas la symétrie CP, cela a signifié la découverte de phénomènes tels que si on les filme puis on passe le fil à l'envers (en "rembobinant"), alors on regarde un phénomène qui ne peut pas exister dans la nature... ce qui au niveau microscopique semble assez surprenant même si on y est habitué au niveau macroscopique...
- au bout du compte, on étudie encore avec intérêt cette violation de CP car elle très faible (la plupart des phénomènes respectent la symétrie CP) mais elle pourrait avoir eu un rôle important en cosmologie pour expliquer le fait que l'univers semble avant tout composé de matière et pas d'antimatière...
Je me permet de compléter la très bonne réponse de rincevent en espérant ne pas te dire trop de bêtises.
En 1957, les physiciens ont eut peur car ils ont détectés dans le rayonnement cosmique des particules qui se désintégraient où P était violé, il s'agissait de désintégration Béta ( cad un neutron qui va se transformer en p + électron + anti-neutrino ) au niveau intégration nucléaire faible.
Mais ils se sont vite rassuré en remarquant que C était aussi violé, mais de manière à compenser P, et donc en gros, CP était respectée.
En 1964, les physiciens n'étaient pas au bout de leurs peines, quand ils étudièrent le kaon neutre (=>paire quark -antiquark), dans ce cas la, CP était violé !
Je schématise un peu vous m'excuserez : le kaon va avoir tendance a se désintégrer en son antiparticule puis en kaon à nouveau etc
On a observé que la vitesse a laquelle le kaon se transformé en antikaon, était très légèrement différente que celle pour le passage antikaon-kaon.
Donc si on passait "le film" a l'envers, pour reprendre l'expression de rincevent, on a un évenement non physique !
Mais la encore on est retombé sur nos pattes, T se trouvait très légèrement brisé, de manière a compensé la brisure de CP.
En 1967, Andreï Sakharov a publié un papier très important pour expliquer la prédominance de la matière sur l'antimatière aujourd'hui alors que dans l'unviers primordial il y en avait autant.
Il y a eut plusieurs expériences pour étudier plus en détails tout ceci, CPLEAR, et surtout BABAR.
Salut,
Juste pour préciser deux petits trucs.
Un bon début pour étudier ça est le cours de Feynman de mécanique quantique où le système K-Kbar est étudié d'une manière claire comme du cristal.Envoyé par LAZAR
Sakharov a montré qu'il fallait trois conditions pour expliquer la prédominance de la matière :
- une violation CP (on y est)
- une violation du nombre baryonique (c'est prédit par les modèles supersymétriques, par exemple à travers l'instabilité du proton, mais toutes les expériences tentant à vérifier une éventuelle instabilité du proton ont échoué)
- Une rupture de l'équilibre thermique durant les tout début de l'univers (qui a malheureusement tendance a être furieusement en équilibre thermique à ses débuts, enfin, heureusement pour les calculs, mais malheureusement pour le problème matière-antimatière).
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
merci à tous pour vos explications et en particulier celle de rincevent me donnant l'impression de comprendre la symétrie CPT
dans ce commentaire :
Ne peut t'on pas considérer le renversement du vecteur comme une rotation de 180° donc comme une symétrie continue ?l'opération qui a un vecteur de composantes (a,b) associe le vecteur (-a,-b) est une opération discrète car l'image ne s'obtient pas par une succession de petites opérations.
d'aurtre part, la dilution d'une goutte d'encre dans un verre d'eau est il un phénomème conservant la symétrie T? c à d que le film passé à l'envers présente t il une réalité physique même si sa probabilité est infime ?
la flèche du tps autrement dit le fait que l'entropie d'un système isolé ne peut que croitre n'empêche t-elle pas la symétrie T pour la plupart des phénomènes ?
merci d'avance pour vos réponses
bonjour, je pense que non, car même si on peut le voir comme une rotation, on ne peut pas faire de rotation avec un autre angle que 180°, c'est donc bien discret. pour que ça soit continue il faudrais pouvoir faire une rotation avec tout les angles possible de -pi a pi.
La logique est une méthode systématique d’arriver en confiance à la mauvaise conclusion.
effectivement...
exactement... au niveau microscopique, cela n'a rien de particulier, juste des collisions élastiques
justement : pas au niveau microscopique car pour une collision (par exemple) y'a pas de flèche du tempsla flèche du tps autrement dit le fait que l'entropie d'un système isolé ne peut que croitre n'empêche t-elle pas la symétrie T pour la plupart des phénomènes ?
pour être plus précis faudrait dire qu'elle doit être présente au niveau perturbatif parce que la violation du nombre baryonique, on l'a déjà dans le modèle standard, mais de manière non-perturbative
ce sont surtout les processus qui violent B qui doivent être hors-équilibre- Une rupture de l'équilibre thermique durant les tout début de l'univers .
Bonjour,
Petite remarque au sujet de l'expression violation de CP.
L'expression violation de CP suggère largement quelque chose d'anormal.
Ce qui est normal selon la RR est que la symétrie qui doit être respectée c'est CPT et celle-ci est effectivement respectée. Cela ne veut absolument pas dire que les transformations intermédiaires C, P, T soient respectées et en fait elles ne le sont pas.
Cette situation est fait très courante en physique.
Par exemple un cristal est invariant (cela veut dire qu'il se superpose à lui-même) par des enchainements de déplacements. Cela ne veut pas dire nécessairement que chaque élément individuel de déplacement est une opération de symétrie.
Par exemple supposons une maille de taille L où se trouve au voisinage de chaque noeud un motif d'atomes. Une symétrie va par exemple constitué à partir d'un atome A faire une translation de L/4 suivie d'une rotation de PI/2 autour de la translation et atteindre un atome B de la même espèce que A.
Pour autant ni L/4, ni PI/2 ne sont des opérations de symétrie. Alors que L/4*PI/2 est une opération de symétrie.
Pour CPT c'est la même chose. A la limite ce qui est anormal serait que les opérations C, P, T soient séparément des symétries.
Imaginons par la pensée qu'une théorie fondamentale exprime l'espace-temps matière sous la forme d'un réseau cristallographique (qui n'est pas nécessairement plongé dans notre espace réel (ce serait trop simple) alors on comprendrait pourquoi des ""cristaux"" respectent la symétrie CPT et d'autres non.
en fait , il faut considérer qu'un verre qui se brise sous l'action d'un choc est un processus qui suit la symétrie T en admettant qu'il puisse se reformer à l'identique sous l'impulsion de forces qui seraient capables de faire prendre à chaque morceaux une trajectoire réversible permettant la reconstitution du verre ! ( de telle sorte que l'évènement soit réversible et que sa variation d'entropie soit nulle) et ceci avec une probabilité infinitésimale.
si oui c'est décontenançant ... mais permis par les lois de la physique.
Ceci expliquerait pourquoi la relativité générale n'exclue pas une rétrogradation du temps que la mécanique quantique n'autorise pas ( là j'ai un doute sur mon propos)
J'espère ne pas dire de bêtise mais il me semble qu'à 3D la symétrie P ne saurait pas être une rotation (ou alors ce qu'on appelle une rotation impropre) et donc ne peut en aucun cas être un cas particulier d'une symétrie continue. Le groupe des rotations propres et impropres à trois dimensions n'est pas connexe.
Ah ? Tiens, je ne savais pas. Tu aurais un lien sur ça ?
Oui, en effet. Merci de cette précision.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
petits détails
En fait, une violation de CP ne suffit pas il faut aussi une violation de C.Sakharov a montré qu'il fallait trois conditions pour expliquer la prédominance de la matière :
- une violation CP (on y est )
Il suffit simplement que B voit violée, perturbativement ou non, ne joue aucun role. La violation non-perturbative dans le modele standard (par les sphalerons) est l'unique source de violation de B dans la plupart des scenarii de baryogenese.pour être plus précis faudrait dire qu'elle doit être présente au niveau perturbatif parce que la violation du nombre baryonique, on l'a déjà dans le modèle standard, mais de manière non-perturbative
http://arxiv.org/abs/hep-ph/9302210Ah ? Tiens, je ne savais pas. Tu aurais un lien sur ça ?
On l'a aussi
Merci beaucoup,
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
il me semblait qu'elle n'était pas suffisante dans des conditions réalistes... m'enfin je veux bien croire que c'est un souvenir inexact...
Donc d'une certaine façon la violation de symétrie CP est intiment liée à l'antimatière? (si comprends bien ce qui a été dit précédemment)
A temperature nulle oui. L'amplitude de probabilité pour un processus violant B est fortement supprimée par exp(-S_instanton)~exp(-100). Mais a temperature finie la meme amplitude est boostée par ~T^4 (dans la phase symétrique, où le higgs n'a pas encore de "fond").il me semblait qu'elle n'était pas suffisante dans des conditions réalistes...
Merci à tous pour vos réponses qui m'ont éclairé sur ce sujet
