CP 对称性(CP symmetry)
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电荷共轭(C)把每个粒子换成它的反粒子;宇称(P)把世界举到镜子前。单独来看,弱相互作用把两者都破坏了。可如果你同时做这两件事——既把物质变成反物质,又把它镜像反射——会怎样?这个组合操作叫做 CP,长久以来似乎自然界会尊重这种双重翻转,尽管它无耻地分别破坏了每一项。
CP 之所以显得是更好的对称性,原因如下。弱相互作用只产生左旋中微子,只产生右旋反中微子。对一个左旋中微子单独施加 C,你得到一个左旋反中微子——这种东西不存在,所以 C 失效。单独施加 P,你得到一个右旋中微子——这也不存在,所以 P 失效。但同时施加 C 和 P,左旋中微子就变成右旋反中微子——而这种粒子确实存在。于是 CP 把一个真实粒子干净利落地映到另一个真实粒子,对大多数过程都成立。CP 对称性实际上是说:一旦把镜像也算进去,支配物质的规律就和支配反物质的规律相同。
然而 1964 年,CP 也被发现遭到破坏——幅度很小,最先出现在中性 K 介子的衰变中,后来在 B 介子里得到证实。物质与反物质终究不是完美的镜像;宇宙有一点天生的偏好。这微小的 CP 破坏是粒子物理中最具深远意义的事实之一,因为它是宇宙最终由物质(而非物质与反物质各占一半)构成所必需的条件之一。不过标准模型里 CP 破坏的量,看来远远不足以完全解释那个宇宙级的不平衡——这是一个重大的悬而未决之谜。
在标准模型里,CP 破坏通过一个数字进入理论,它藏在 CKM 矩阵中——这张表描述了夸克在弱相互作用下如何改变味。那一个参数,经几十年的 K 介子和 B 介子实验证实,正是已知夸克间 CP 破坏的全部来源。
CKM 矩阵中的一个相位解释了已知的全部夸克 CP 破坏。
CP 破坏是真实的,但极其微小,而标准模型给出的量远远不足以解释宇宙的物质-反物质不平衡。CP 破坏的详细现象学属于反物质和 CP 破坏的词条;这里把 CP 作为组合的分立对称性来介绍。