CP 破壞
把宇宙放進鏡子裡看,並把每個粒子換成它的反粒子:如果物理定律完全公平,這個反射的世界會遵守一模一樣的規則。對大部分物理而言確實如此。但在某些罕見的弱衰變中卻不然——物質與反物質的行為有著微妙的差異。這個微小的不對稱,稱為 CP 破壞,可能正是你之所以存在的原因,因為它是解釋宇宙為何由物質構成、而非由等量混合(那將互相湮滅成虛無)所需的成分之一。
CP 是兩個對稱的組合:C 是電荷共軛,把每個粒子換成它的反粒子;P 是宇稱,像鏡子一樣把空間反射。CP 破壞意味著一個過程,與它經過鏡射且粒子-反粒子互換後的對應過程,發生的速率不同。它於 1964 年由克羅寧(Cronin)與費區(Fitch)在中性 K 介子的衰變中發現,那些 K 介子以一種若 CP 精確就應被禁止的方式衰變。在標準模型中,CP 破壞源自 CKM 矩陣裡一個不可約的複數相位,這個矩陣描述不同世代的夸克在弱交互作用下如何混合——這正是為什麼 CP 破壞需要至少三個世代的夸克,這個關聯由小林(Kobayashi)與益川(Maskawa)在第三世代尚未被發現之前就指出了。
CP 破壞是任何機制要在早期宇宙中產生物質-反物質不平衡都必須滿足的三個薩哈羅夫(Sakharov)條件之一。這裡藏著一個誠實且未解的張力:標準模型 CKM 矩陣中的 CP 破壞,遠遠太小,無法說明觀測到的物質相對於反物質的過剩,差了許多數量級。所以,雖然 CP 破壞是真實且被測量到的,它在標準模型中的來源卻不足,而額外的、尚未發現的 CP 破壞——也許在微中子部門,也許完全在標準模型之外——是物理學最活躍的前沿之一。
中性 K 介子與它的反粒子混合成兩個長壽態;CP 破壞之所以現身,是因為那個長壽態——若 CP 精確就應只衰變成三個π介子——卻約有 0.2% 的機率衰變成兩個π介子,這個小數字改變了我們對宇宙的圖像。
一個對稱本應禁止、每數百次才出現一次的雙π介子衰變,就是把 CP 破壞看得見。
標準模型所包含的 CP 破壞是真實的,卻遠太微弱,無法解釋宇宙中物質相對於反物質的壓倒性主導,因此那份主導的起源仍是未解問題。