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Der Nobelpreis 2008 wurde vergeben zu Studien zu gebrochenen Symmetrien. Vielleicht sollten wir erstmal Symmetrien nicht brechen, sondern uns ein wenig daran erfreuen, dass Symmetrien dem Physiker das Leben erleichtern. Emmy Noether hat dazu ein berühmtes Theorem aufgestellt: Wo in der Natur Symmetrien vorliegen, da ist eine Größe erhalten. Aber wir wollen noch weiter vorne anfangen, und drehen einen Stern:

Der Stern aus Bild 1 wird zweimal gedreht, jeweils um 36° (also ein Zehntel einer vollen Drehung). Offenbar sieht er im zweiten Bild nicht gleich aus, aber im dritten Fall, denn da haben wir schließlich einen fünfzackigen Stern um einen fünftel Kreis gedreht. Der Stern ist symmetrisch unter Drehung um den Mittelpunkt, aber nicht für beliebig kleine Drehungen (36° funktioniert nicht, Bild 2 sieht anders aus als 1) sondern nur für Drehungen die ein Vielfaches von 72° darstellen.
Wir stellen uns auch einen Kreis vor (da muss ich jetzt kein Bild malen). Den Kreis können wir um seinen Mittelpunkt drehen, wie wir wollen, das Ergebnis wird immer gleich sein zum Ausgangsbild. Der Kreis ist rotationssymmetrisch für inifinitesimal kleine Drehungen. Infinitesimal klein heißt: Beliebig klein. Auch belibig groß, aber das ist nicht so interessant, denn das kann man aus kleineren Drehungen zusammensetzen. Nein, physikalisch interessant ist eine beliebig kleine Drehung, und wenn wir wissen was ein Objekt dann macht, können wir physikalische Prinzipien daraus ableiten.
In der Teilchenphysik gibt es drei interessante Symmetrien:

CPT-Symmetrien

C steht für Ladung. Wir können uns vorstellen, die Ladung eines Teilchens umzudrehen. Wir stellen uns einen Ladungsspiegel vor, und wenn wir ein Teiclhen davorlegen und das gespiegelte Teilchen erkennen als existierendes Teilchen, gibt es eine C-Symmetrie. Legen wir etwas vor den Spiegel: ein Elektron. Ein Elektron hat C=-1. Wir schauen in den Spiegel und sehen ein Teilchen, das genau gleich ist dem Elektron, also Masse etc. gleich hat, außer dass es C=+1 hat. Wenn wir so ein Teilchen beobachten könnten, dann würde es der C-Partner des Elektron sein und die C-Symmetrie halten. Und ja, so ein Teilchen gibt es, es ist das Positron und der Antimaterie-Partner des Elektron.

P steht für Parität. Das ist einfach eine Punktspiegelung, diesmal wirklich räumlich und nicht in irgendwelchen oksuren Ladungsspiegeln. Das sieht jetzt wenig interessant aus, denn es bedeutet ja nur dass wir alle Richtungen umdrehen. Wir fragen uns gerade: Wenn es Teilchen gibt die nach links fliegen, gibt es Teilchen die nach rechts fliegen? Das scheint erstmal selbstverständlich so zu sein, aber in einigen Fällen, wenn wir den Spin dazunehmen, wird es eine spannende Frage für einen anderen Tag. Den Spin hatten wir schon mal, das ist der Eigendrehimpuls eines Teilchens, und da der ein (Kreuz)produkt aus Raum und Impuls ist, bleibt er gleich unter P. Wie? Nun, wir drehen Raum und wir drehen Impuls, also machen wir -1 * -1 = 1. Aus Ausblick: Wenn P immer symmetrisch ist, muss es von jedem Teilchen vier Varianten geben: Fliegt nach links und hat Spin in Flugrichtung; fliegt nach links und hat Spin gegen die Flugrichtung, usw. Ist nicht immer so!

T steht für Zeitinvarianz. Das heißt, ein Prozess der von gestern bis heute lief, läuft ebenso auch von heute bis gestern. Alles klar? Naja, unser Zeitpfeil lässt sich ja leider in der Beobachtung nicht so leicht umkehren, daher verstehen wir das unter Zeitinvarianz: Wir haben einen Prozess, und wir können auch den Gegenprozess beobachten. Stellen wir uns die Welt der bunten Klötze vor, dort gibt es folgende Prozesse:

Oben ist ein Prozess, bei dem ein langer zweifarbiger Klotz sich in zwei kleine einfarbige Klötze zerlegt. Wäre die Richtung in die unsere Zeit läuft, andersrum, müssten wir stattdessen den Prozess beobachten: Zwei einfarbige bunte Klötze pappen zu einem langen zweifarbigen zusammen. Existieren in unserer normalen Zeitrichtung beide Prozesse, sind diese T-Symmetriepartner.

Und jetzt stehen wir noch davor, wo spannende Physik anfängt und das Köpfe kratzen beginnt: Wenn Symmetrien (manchmal) nicht (ganz) so existieren, wie man sie sich vorgestellt hat.