CP破坏

粒子物理学中的一个术语和定理

CP破坏是物理学，尤其是粒子物理学中的一个术语和定理。它说明弱相互作用下，宇称不守恒。CP破坏在理解粒子层次结构及其相互作用性质方面非常重要，而且在解释世界以正物质（而非反物质）为主这一事实方面也是十分必要的。人们正以极大兴趣寻找标准模型外CP破坏的来源。

概念

三代夸克的矩阵包含一个相因子。在标准模型中，非零的相因子将导致破坏。这就是说，相应夸克跃迁振幅在正反粒子电荷和空间奇偶反演联合变换下不具有不变性。破坏在理解粒子层次结构及其相互作用性质方面非常重要，而且在解释世界以正物质（而非反物质）为主这一事实方面也是十分必要的。人们正以极大兴趣寻找标准模型外破坏的来源。

至今为止，仅在介子衰变中以千分之几的微弱效应观察到破坏现象。尽管观察结果同标准模型预期一致，但是，实验尚不能证实：矩阵是这种衰变发生破坏的可能解释之一。事实上，标准模型以外的一些理论同样可以解释已有的衰变数据。值非常之小，但是，已测知其值不为零，约为。这个矩阵元不为零非常重要，否则标准模型将预期不存在破坏。此外，标准模型预期：介子衰变具有较大的破坏不对称性。寻找介子衰变破坏的实验计划已在一些国家开始。

破坏

1964年詹姆斯·克罗宁和瓦尔·菲奇提供了明显的CP对称也被破坏的迹象。为此他们于1980年获得诺贝尔奖。他们的发现显示弱相互作用既破坏了反粒子共轭运算C，同时也破坏了宇称P。这个发现对粒子物理学带来了巨大的冲击，至今为止它为粒子物理学和宇宙学的核心问题打开了大门。CP被微弱地破坏了，但是与此同时又几乎保持了守恒是一个重要的未解之谜。

克罗宁、菲奇等在一个K介子衰变的实验中发现了CP对称的破坏，在这个物理现象中只有一个更弱的对称被保存了，即CPT对称。在CPT对称中除C和P外还有一个第三个运算符号，即时间反演（T）也必须加入。时间反演与运动反演相应。在物理定理中时间反演对称表示任何运动的反运动也同样存在。因此CPT对称被看作组成所有基本反应形式的精确对称。由于CPT对称任何破坏CP对称的反应也破坏T对称。也就是说任何破坏CP对称的反应的逆反应发生的可能性与原反应不同。CPT对称被看作是量子场论中的一个基本定理，在这里反粒子共轭运算、宇称和时间反演同时运用。

美国斯坦福直线加速器中心和日本高能加速器研究机构的一代新的试验使用B介子也发现了CP破坏[1]。此前至少理论上有可能CP破坏仅限于K介子。这些试验无疑地证明了标准模型理论中的反应破坏CP。

通过在CKM矩阵中加入一个复数项标准模型理论可以包含CP破坏。而这个复数项的引入（也就是CP破坏的引入）则表明至少有三代夸克。

至今为止仍然没有任何发现量子色动力学破坏CP的试验。

强CP问题

为什么在量子色动力学中CP不被破坏是粒子物理学中的一个谜。这个问题被称为强CP问题。

量子色动力学不像电弱相互作用那么容易破坏CP。电弱相互作用里的规范场与费米子场组成的手性流相关，而量子色动力学中的胶子则与矢量流相关。至今为止没有任何显示量子色动力学破坏CP的试验迹象。比如假如强相互作用广泛破坏CP的话那么中子电偶极矩将相当于10 em（em是电子乘米），而试验数据证明中子电偶极矩比这个数据至少小上十亿倍。

问题在于在量子色动力学中有一些公式理论上允许破坏CP。

在上面的量子色动力学公式中假如角θ和手性夸克质量相θ'不为零的话则CP可以被破坏。一般认为θ'可以被转化为的一部分。为什么这个角的值在自然界里无限小，而不是一个比较大的值至今没有任何解释。θ被选择为近乎零是物理学中精调的一个例子。

强CP问题最著名的解决方案是帕西-奎恩理论，这个理论引入了一个新的名为轴子的标量粒子。

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