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Gestern haben wir die CPT-Symmetrien im Spiegel betrachtet, die uns helfen zu verstehen, wie Teilchen miteinander verwandt sind. Die C-Spiegelung gibt uns das Antiteilchen, T-Operationen sagen etwas über die Umkehrbarkeit von Prozessen. Jetzt geht es nur um die Punktspiegelung, die P(aritäts)-Symmetrie.

Im Bild sehen wir ein linkshändiges und ein rechtshändiges Teilchen. Gestern hatten wir festgestellt, dass die Eigenschaft Spin, die jedes Teilchen mitbringt, ein Drehimpuls ist und sich nicht ändert durch Raumspiegelung. Die Flugrichtung kehrt sich durch P um. Links im Bild sehen wir ein linkshändiges Teilchen. Spin (roter Pfeil) zeigt in eine andere Richtung als die Flugrichtung (schwarzer Pfeil). Entsprechend zeigen beim rechtshändigen Teilchen beide in die gleiche Richtung.
Nehmen wir einmal an, es gibt Verletzungen der P-Symmetrie. Ok, seien wir konkret: Es gibt Verletzungen der P-Symmetrie, und diese stellen wir fest, indem wir einen Prozess beobachten, in dem wir den Spin der entstehenden Teilchen wissen und die möglichen Flugrichtungen in Richtung des Spin oder gegen diese Richtung sind.
Chien-Shiung Wu führte 1956 ein Experiment durch, bei dem sie beweisen konnte, dass die besonderen Teilchen, die sich Neutrinos nennen, nur linkshändig vorkommen, also die P-Symmetrie maximal verletzen. (Es gibt auch Antineutrinos, die nur rechtshändig sind). Frau Wu untersuchte einen Beta-Zerfall. Dabei zerfällt in einem Kern ein Neutron zu einem Proton und einem Elektron. Dies ist eine Reaktion die durch die schwache Wechselwirkung bestimmt wird. Darin können Fermionen wie das Elektron nie alleine enstehen, sondern stets mit dem Neutrino-Gegenstück. Neutrinos sind Elementarteilchen von praktisch keiner Masse, die auch fast nicht wechselwirken und kaum zu detektieren sind. Aber: Man weiß dass sie entstehen müssen um den Spin des Elektron auszugleichen. Addiert ergeben die Spins von Elektron und Antineutrino 0. Ja - das Gegenstück zum Elektron ist ein Anti-Neutrino!
Also, folgendes wollen wir tun, wir richten unsere Atomkerne aus, sodass wir die Spins kennen. Wir nehmen Cobalt-60-Kerne, die machen einen Betazerfall und wir können das Elektron beobachten, daraus wissen wir dann automatisch wie das Neutrino aussieht. Die Händigkeit der Neutrinos wurde erst später als Ursache des im Wu-Experimentes beobachteten Effektes herangezogen, aber jetzt wissen wir es ja und können es erwähnen. Im Wu-Experiment wird ein Magnetfeld verwendet um die Cobalt-Kerne auszurichten. Elektronen konnten nun entweder in Spinrichtung oder entgegen emittiert werden. Zunächst stellte man den Detektor in Spinrichtung auf und zählte die Elektronen. Dann klappte man das Magnetfeld einfach um und zählte so die Elektronen entgegen der Spinrichtung. Das Ergebnis: Alle Elektronen werden entgegen der Spinrichtung emittiert. Die Erklärung lieferten spätere Untersuchungen: Das Neutrino existiert nur linkshändig, die Parität ist verletzt.