夸克与强相互作用

强 CP 问题(the strong CP problem)

/ CP = see-pee /

物理学中的对称性就像大自然似乎会遵守的规则。其中一条是 CP 对称:大致是说,如果你把每个粒子都换成它的反粒子(C),并把一切在镜子里反射一遍(P),物理定律看起来应当一样。已知弱相互作用会略微破坏这条规则。强 CP 问题的谜题则相反:QCD 的方程是允许破坏 CP 的,可测量显示强相互作用根本没有破坏它——即便有,也只是小到荒谬的程度。在没有任何东西强迫它的情况下,强相互作用为何如此精确地一视同仁?

具体来说,QCD 的方程里有一个自由的数,通常叫做 theta,它控制强相互作用破坏 CP 对称的程度。theta 原则上可以是 0 到约 6(一整圈)之间的任何值。倘若 theta 哪怕只是中等大小,中子就会有一种可测量的电荷偏斜——所谓电偶极矩——然而实验搜遍也没有找到,把 theta 钉在了约十亿分之一以下。一个本可取任何值、却毫无明显缘由地基本为零的参数,正是那种令物理学家起疑的、无法解释的精细调节。

强 CP 问题是一个指向标准模型之外的引子,因为模型给不出 theta 为何如此之小的理由。最流行的拟议解法发明了一种全新的粒子——轴子——它的动力学会自动把 theta 驱向几乎为零。这种轴子从未被探测到,但它有双重吸引力:它既能解决强 CP 问题,又作为额外的好处,是宇宙暗物质的有力候选者。如今有若干实验正在搜寻它。

倘若 theta 是 1 的量级,中子就会有一个远大于实验所允许的电偶极矩;测得的上限把 theta 逼到约 10^-10 以下。

在 QCD 中没有任何东西要求的情况下,theta 为何如此接近零,这就是强 CP 问题。

这是一个悬而未决的问题,而非已成定论的结果。轴子是受青睐的解法,但仍属假设性的;轴子至今未被观测到,中子电偶极矩也尚未被观测到。

又称
strong CP problemtheta problem强CP问题強CP問題