VIOLATION DE LA PARITE Gaetano Barone Séminaire dorientation

VIOLATION DE LA PARITE’

Gaetano BaroneSéminaire d’orientation

Structure de l’exposition :

•Introduction générale : •Symétries •Conservations •Théorème de Noether

•Discussion sur la signification de la parité’

•et sur l’invariance sous parité’

•Cas concret : Parité

•Hypothèse de violation de la parité

•Expérience de confirmation•Implications dans la physique moderne

•Les symétries jouent un rôle très important en physique.

Introduction

•Apre's avoir illustré le lien entre symétries et conservations on va se concentrer sur un exemple concret :• l’invariance sous parité’ et la violation de telle symétrie par la revue de l’expérience de Mme Wu (1957)

SYMETRIES INVARIANCES et CONSERVATIONS

Symétrie : Un objet un corp., un ensemble, une structure et similairement une disposition de différents éléments qui composent cet ensemble tels que respectivement a’ un point donnée, axe, ou plan de référence il y ait pleine correspondance de forme dimension, position alors ce lien est une symétrie

Question: qu’est ce que c'est une symétrie ?

Autres concepts liés

Invariance : Conservation 

Lien?

•Le concept de symétrie est lie’ a l’invariance par rapport a 'un ensemble de transformations (groupe de symétrie)

Examinons les deux concepts un par un:

1) Invariance

Invariance : Un principe d’invariance est une propriété selon laquelle toutes les lois de la Nature restent inaltérées quand soumises a’ certaines opérations

Exemples :

Invariance sous rotationInvariance sous translation

2) Conservation

Conservation : Une loi de conservation est une affirmation selon laquelle une certaine quantité physique reste inchangée dans le cours d’un processus physique réelle

Exemples:

Conservation de l’impulsion Conservation de l’énergie

Autres exemples : conservation de la charge , du moment cinétique etc.

Le lien fut donne’ par Mme Noether en 1918 par le théorème dont l Énoncé est le suivant:

•À toute transformation infinitésimale qui laisse invariante l'intégrale d'action correspond une grandeur qui se conserve

•Soit un groupe de symétrie continue a’ un paramètre alors la quantité

Est une constante du mouvement

{ | }S

1( ,..., )

lS S S

1 0

i

l

ii

L dI S q

dq

Exemples d’application du Théorème de Noether

•Homogénéité de l’espace ( Symétrie par translation ) conservation de l’impulsion

•Isotropie de l’espace (Symétrie par rotation)

conservation du moment cinétique

•Homogénéité’ du temps ( Translation temporelle)

conservation de l’énergie

Cas particulier : La Parite’

Questions :

•Le groupe de symetrie de Parite’ est il toujours « conserve' » ?

•Ce que en physique classique semble etre une loi,

l' est-il aussi pour la physique des hautes energies?

Avant de repondre a’ ces questions traitons le cas de la Parite ’ de plus proche

Cas pariculier : Parite’

Structure du reste de l’exposition

•que est ce qu'est la Parité’ ?•question : l’invariance sur partie’ est elle une loi générale ?•recherche de la violation de la parité’•Lee et Yang violation dans les interactions faibles.

Qu' est ce qu'est la parité’ ?

On remarque l’opération de voir dans le miroir correspond a’ une opération particulière : la parité’  (space -reversal)

• En Mécanique Classique elle est définie  par

:

x x

P y y

z z

•En Mecanique Quantique elle est definie par

( 1, 1, 1, 1)P diag

•Plus en general la parite' est un groupe de symetrie a’ deux elements

{ , }P I I •De la relation PP=id on en déduit que le groupe parité’ a deux représentations irréductibles

Px x

Px x

Even under parity

Odd under parity

Sous les rotations les objets geometriques peuvent être classe's en scalaires , spinneurs , vecteurs , tenseurs d’ordre supérieur.

1 quantite'es invariantes sous rotations :

les scalaires sont even under parity

les pseudos scalaires sont odd under parity

2 quantitées qui varient avec les rotations :

les vecteurs sont odd under parity

les pseudo vecteurs sont even under parity

Passons a’ des exemples plus concrets 

•La loi F=ma, est invariante sous parité•’

En Mécanique Classique

F et a sont des vecteurs et donc :

P(F)=P(ma) –F=m(-a) –F= -ma F=ma

En Mecanique Quantique 

• P est un operateur autoadjoint et l’action de P sur ψ

• par le principe de superposition un état quantique peut être composé de plusieurs etats invariants et non invariants sous parité’ .

• si [P , H ]=0 alors la parite' est conserve'e

•Exemple : l’équation de Schrödinger indépendante du temps

La question qui se pose alors est la suivante : est ce que en MQ toutes

les interactions sont invariantes sous parité’ ?

Recherche de la violation

•La réponse doit être recherchée dans le spin

Mouvement spinHoraire positiveAntihoraire négative

Mais dans un miroir ?

Mouvement spinHoraire négativeAntihoraire positive

Parite’ viole'e ou non ? On regarde une certaine interaction dans le mirror :

•Si on peut ne peut pas distinguer l’image reelle de l’image <<virtuelle>> alors la Parite n’est pas viole'e

•Si on peut distinguer l’image reelle de l’image <<virtuelle>> alors la Parite' est violée

L’idée fut de voir l’interaction faible dans le miroir , idée ‘ eu par T.D Lee et C.N Yang en 1956 aux Etas Unis

Ide'e de Lee et Yang

•C'est l'idée de considérer l’hamiltonien d’interaction pour la désintégration du cobalt (60) et de le regarder sous parité

On se rend compte que l’hamiltonien est composée d’une partie <<normale>> et d’une partie <<pseudo>> :

Donc l’Hamiltonien n’est pas invariant sous parité’ et les lois physiques changent dans ce cas.

La prédiction de la violation de la parité est consequente

Expliquons le concept de la violation: L’hammiltonien peut s’écrire sous la forme:

Appliquons l’operateur parité:

int normale pseudoH H H

int int( )norm pseudo norm pseudoPH P H H H H H

Se qui montre qu’il y a une asymétrie!

Expérience de Wu

La confirmation expérimentale est venue une année plus tard grâce a Mme Wu (1957)

L’idée était de <<voir l’image spéculaire >> du decadîment du Co 60 par interaction faible

Methode : desaimanter les atomes de cobalte , pour ensuite invertir le spin (avec un champ magnetique ) et regarder la direction , et la quantite'e d’emission d’electrons

Possibles resultats :

•Si les électrons ne suivent pas une direction privilègee : LA PARITE' N’EST PAS VIOLE’E

•Si on remarque une direction privilègee dans l’émission des électrons c'est-à-dire une asymétrie entre l’image <<normale>> de l’interaction et l’image spéculaire : LA PARITE’ EST VIOLE’E

L’interaction

L’isotope Co 60 se decompose en beta- et en Ni 60 a’ l’état excité 4+ qui ensuite se decompose par émission de gamma a’ l’état 2+ et ground state.

60 60eCo Ni

Setup

Dans l’expérience on mesure la valeur moyenne du «pseudo scalaire » qui indique la vitesse des électrons (en module et direction) et les spins des noyaux

Procedure de l’experience

1. Refroidissement

2. Ré-polarisation des spins

3. Detection des quantite'es d’electrons e'mis par la desintegration

1 Refroidissement

•cobalt atteint la température de 0.003 K

Par :•Un cryostat a’ Hélium liquide

•La température de l’hélium baisse'e ulteriorament par

• désaimantation des spins (aimant de 2.3 T )

2 Ré-polarisation des spins

Polarisation des noyaux du cobalt grâce au solénoïde et on mesure l’intensité des électrons émis dans les différentes directions

3 Prise des donnes

•Seulement les mesures des 6 premiers minutes sont a’ considérer (cobalt ce réchauffe et reprend son moment cinétique ordinaire)

•On observe le rapport des comptages( rapport de fréquence de détection entre le nombre d’électrons émis a basses température et en conditions normales)

Dans les 6 premières minutes on voit dans les résultats, clamaient l’asymétrie de la paritée en fonction du champ magnetique l’emission ne suit pas le champ (direction opposee du spin)  ! Ce qui prouve la violation de la parité’

Implications dans la physique moderne

•Violation de la conjugaison de charge ! C-violation dans la meme interaction (faible)

•Violation de Parite’

MAIS ON REMARQUE QUE CP EST CONSERVEE’

Sourpise : CP est aussi Violée

•Violation tres faible•Remarquee dans les kaons

Explique la raison de la preponderance de la matiere sur l’antimatiere dans l’univers…..