CKM 矩阵

夸克有六种，或者说六种味，两两配成三代。当弱相互作用使一个夸克改变味——这一过程是大量放射性和粒子衰变背后的机制——它并不完美地遵守这种配对。一种类型的夸克可以转变为另一种类型的夸克，但每一种可能的转变都有自己的概率，就像一张货币之间固定的汇率表。CKM 矩阵正是这张表：一个紧凑的数字方阵，给出弱相互作用把每一个上型夸克与每一个下型夸克联系起来的强度。

这个以尼古拉·卡比博（Nicola Cabibbo）、小林诚（Makoto Kobayashi）和益川敏英（Toshihide Maskawa）命名的矩阵，是一个三乘三的数组。靠近对角线的元素较大，意味着夸克通常在自己这一代之内转变（例如上夸克偏好变成下夸克）；非对角线的元素较小，所以跨代的跳变虽然罕见却真实存在。关键的微妙之处在于：矩阵元素不只是普通的数，还能带有一个量子力学的相位——一个额外的“扭转”。如果夸克只有两代，这个相位总能被旋转掉，不产生任何物理效应。但小林和益川在 1973 年证明：有三代时这个相位无法被去除，而正是这个不可消去的相位，在夸克部门产生了 CP 破坏。

CKM 矩阵是标准模型的一项辉煌成就。它预言“需要三代夸克才能有 CP 破坏”，这甚至在第三代被发现之前就提出了；而几十年来对 K 介子、B 介子和 D 介子的测量，全都以惊人的一致性符合同样的那几个 CKM 数。这一成功为小林和益川赢得了 2008 年诺贝尔物理学奖。一个诚实的提醒是：CKM 机制虽已被证实，却提供的 CP 破坏远远太少，不足以解释宇宙的物质过剩——所以这个矩阵漂亮地描述了我们在实验室里所测到的一切，却把更大的宇宙之谜留待解答。