對稱性與守恆定律

CP 對稱性(CP symmetry)

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電荷共軛(C)把每個粒子換成它的反粒子;宇稱(P)把世界舉到鏡子前。單獨來看,弱交互作用把兩者都破壞了。可如果你同時做這兩件事——既把物質變成反物質,又把它鏡像反射——會怎樣?這個組合操作叫做 CP,長久以來似乎自然界會尊重這種雙重翻轉,儘管它無恥地分別破壞了每一項。

CP 之所以顯得是更好的對稱性,原因如下。弱交互作用只產生左旋微中子,只產生右旋反微中子。對一個左旋微中子單獨施加 C,你得到一個左旋反微中子——這種東西不存在,所以 C 失效。單獨施加 P,你得到一個右旋微中子——這也不存在,所以 P 失效。但同時施加 C 和 P,左旋微中子就變成右旋反微中子——而這種粒子確實存在。於是 CP 把一個真實粒子乾淨俐落地映到另一個真實粒子,對大多數過程都成立。CP 對稱性實際上是說:一旦把鏡像也算進去,支配物質的規律就和支配反物質的規律相同。

然而 1964 年,CP 也被發現遭到破壞——幅度很小,最先出現在中性 K 介子的衰變中,後來在 B 介子裡得到證實。物質與反物質終究不是完美的鏡像;宇宙有一點天生的偏好。這微小的 CP 破壞是粒子物理中最具深遠意義的事實之一,因為它是宇宙最終由物質(而非物質與反物質各占一半)構成所必需的條件之一。不過標準模型裡 CP 破壞的量,看來遠遠不足以完全解釋那個宇宙級的不平衡——這是一個重大的懸而未決之謎。

在標準模型裡,CP 破壞通過一個數字進入理論,它藏在 CKM 矩陣中——這張表描述了夸克在弱交互作用下如何改變味。那一個參數,經幾十年的 K 介子和 B 介子實驗證實,正是已知夸克間 CP 破壞的全部來源。

CKM 矩陣中的一個相位解釋了已知的全部夸克 CP 破壞。

CP 破壞是真實的,但極其微小,而標準模型給出的量遠遠不足以解釋宇宙的物質-反物質不平衡。CP 破壞的詳細現象學屬於反物質和 CP 破壞的詞條;這裡把 CP 作為組合的分立對稱性來介紹。

又稱
CPcombined CP symmetryCP 对称CP 對稱