Ladungskonjugation

Ladungskonjugation, auch Charge Conjugation genannt, ist eine diskrete Symmetrie in der Quantenfeldtheorie, die ein Teilchen in sein Antiteilchen überführt. Sie kehrt alle additiven Ladungen um — Elektrische Ladung Q, Leptonen- und Baryonenzahl L bzw. B, sowie Farbladungen — und lässt Spin sowie die Impulsrichtungen unverändert. Die Operation tauscht Teilchen gegen Antiteilchen und verwandelt Feldquellen entsprechend.

In der Feldtheorie lässt sich C durch einen Operator implementieren, der für Dirac-Felder psi gilt: psi^C = C bar psi^T. Die C-Matrix erfüllt C γ_μ C^{-1} = − γ_μ^T und C i γ_5 C^{-1} = i γ_5^T. Dadurch wird die Ladung signifikant umgekehrt, und Teilchenzustände werden zu Antiteilchenzuständen. Im Quantensystem bedeutet dies die Ersetzung von Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren: a_p^s <-> b_p^s.

In der Wechselwirkung beeinflusst Ladungskonjugation, dass Ladungsträgerwechsel der Koeffizienten wie der Kopplungssignale widerspiegelt. In der Quanten-Elektrodynamik bleibt der grundlegende Lagrangian unter C nicht immer invariant, da die schwachen Wechselwirkungen nicht C-symmetrisch sind. Das bedeutet, dass C im Standardmodell kein allgemeiner Symmetrieoperator ist. C-Verletzungen, insbesondere im schwachen Sektor, zeigen, dass das volle Lagrangian nicht unter C transformiert wird; CPT bleibt als fundamentales Theorem erhalten.

Historisch wurde Ladungskonjugation als Teil der C,P,T-Symmetrie-Groups diskutiert; heute dient sie vor allem als Hilfsoperation zur Unterscheidung von Teilchen und Antiteilchen und zur Analyse von Experimenten, die Antiteilchen suchen oder deren Eigenschaften vergleichen.