Нарушение CP-симметрии

Нарушение CP-симметрии — это небольшое нарушение комбинированной зарядово-пространственной симметрии, которое отличает материю от антиматерии и является необходимым условием для объяснения космического доминирования материи.

Definition

Нарушение CP-симметрии — это явление, при котором комбинированная операция зарядового сопряжения и чётности не является симметрией определённых процессов слабого взаимодействия, так что частицы и их зеркальные античастицы ведут себя по-разному, что количественно описывается в Стандартной модели комплексной фазой в матрице кваркового смешивания.

Scope

Эта тема охватывает открытие нарушения CP-симметрии в распадах нейтральных каонов, его описание в рамках Стандартной модели через комплексную фазу матрицы кваркового смешивания Кабиббо-Кобаяши-Маскавы, а также его наблюдение в системах каонов, B-мезонов и D-мезонов. Она рассматривает связь между нарушением CP-симметрии и асимметрией материи-антиматерии во Вселенной, а также требование, что этот источник в Стандартной модели кажется недостаточным для объяснения наблюдаемой космической асимметрии.

Core questions

• Как было впервые обнаружено нарушение CP-симметрии и в какой системе?
• Как Стандартная модель объясняет нарушение CP-симметрии через смешивание кварков?
• Почему нарушение CP-симметрии требует как минимум трёх поколений кварков?
• Как нарушение CP-симметрии связано с асимметрией материи-антиматерии во Вселенной?

Key concepts

• Комбинированная CP-симметрия
• Системы нейтральных каонов и B-мезонов
• Матрица Кабиббо-Кобаяши-Маскавы
• Комплексная CP-нарушающая фаза
• Требование трёх поколений
• Асимметрия материи-антиматерии

Key theories

Механизм Кобаяши-Маскавы

Кобаяши и Маскава показали, что комплексная фаза в матрице смешивания кварков может генерировать нарушение CP-симметрии, но только если существует как минимум три поколения кварков, предсказав третье поколение до его обнаружения.

Нарушение CP-симметрии в нейтральных мезонах

Нарушение CP-симметрии было обнаружено в распадах нейтральных каонов и позднее установлено в B- и D-мезонах, при этом измеренные асимметрии соответствовали картине, предсказанной фазой смешивания кварков.

Clinical relevance

Нарушение CP-симметрии является существенным для условий Сахарова по генерации дисбаланса материи-антиматерии в ранней Вселенной, и кажущаяся недостаточность известного источника в Стандартной модели мотивирует обширные поиски дополнительного нарушения CP-симметрии в кварковых и лептонных системах.

History

Нарушение CP-симметрии было неожиданно открыто в 1964 году Крониным, Фитчем и сотрудниками, которые наблюдали запрещённый двухпионный распад долгоживущего нейтрального каона, результат, отмеченный Нобелевской премией 1980 года. В 1973 году Кобаяши и Маскава объяснили нарушение CP-симметрии через комплексную фазу, требующую трёх поколений кварков, предсказание, подтверждённое последующими открытиями кварков и отмеченное Нобелевской премией 2008 года.

Debates

Происхождение космической асимметрии материи-антиматерии

Нарушение CP-симметрии, наблюдаемое в Стандартной модели, слишком мало, чтобы объяснить наблюдаемый избыток материи над антиматерией, оставляя открытым вопрос о том, ответственны ли дополнительные источники нарушения CP-симметрии, возможно, в лептонном секторе.

Key figures

• James Cronin
• Val Fitch
• Makoto Kobayashi
• Toshihide Maskawa

Seminal works

• christenson1964
• kobayashimaskawa1973

Frequently asked questions

Почему нарушение CP-симметрии важно для космологии?

Нарушение CP-симметрии является одним из условий, необходимых для генерации избытка материи над антиматерией в ранней Вселенной. Без него материя и антиматерия были бы произведены в равных количествах и в значительной степени аннигилировали бы, не оставив обычной материи.

Почему Стандартной модели требуется три поколения кварков для нарушения CP-симметрии?

Кобаяши и Маскава показали, что физически значимая комплексная фаза, источник нарушения CP-симметрии в кварковом секторе, может появиться в матрице смешивания только при наличии как минимум трёх поколений кварков.