夸克與強交互作用

強 CP 問題(the strong CP problem)

/ CP = see-pee /

物理學中的對稱性就像大自然似乎會遵守的規則。其中一條是 CP 對稱:大致是說,如果你把每個粒子都換成它的反粒子(C),並把一切在鏡子裡反射一遍(P),物理定律看起來應當一樣。已知弱交互作用會略微破壞這條規則。強 CP 問題的謎題則相反:QCD 的方程是允許破壞 CP 的,可測量顯示強交互作用根本沒有破壞它——即便有,也只是小到荒謬的程度。在沒有任何東西強迫它的情況下,強交互作用為何如此精確地一視同仁?

具體來說,QCD 的方程裡有一個自由的數,通常叫做 theta,它控制強交互作用破壞 CP 對稱的程度。theta 原則上可以是 0 到約 6(一整圈)之間的任何值。倘若 theta 哪怕只是中等大小,中子就會有一種可測量的電荷偏斜——所謂電偶極矩——然而實驗搜遍也沒有找到,把 theta 釘在了約十億分之一以下。一個本可取任何值、卻毫無明顯緣由地基本為零的參數,正是那種令物理學家起疑的、無法解釋的精細調節。

強 CP 問題是一個指向標準模型之外的引子,因為模型給不出 theta 為何如此之小的理由。最流行的擬議解法發明了一種全新的粒子——軸子——它的動力學會自動把 theta 驅向幾乎為零。這種軸子從未被探測到,但它有雙重吸引力:它既能解決強 CP 問題,又作為額外的好處,是宇宙暗物質的有力候選者。如今有若干實驗正在搜尋它。

倘若 theta 是 1 的量級,中子就會有一個遠大於實驗所允許的電偶極矩;測得的上限把 theta 逼到約 10^-10 以下。

在 QCD 中沒有任何東西要求的情況下,theta 為何如此接近零,這就是強 CP 問題。

這是一個懸而未決的問題,而非已成定論的結果。軸子是受青睞的解法,但仍屬假設性的;軸子至今未被觀測到,中子電偶極矩也尚未被觀測到。

又稱
strong CP problemtheta problem强CP问题強CP問題