CP破坏

CP破坏是电荷-宇称联合对称性的小幅破缺，它区分了物质和反物质，是解释宇宙中物质主导地位的必要因素。

Definition

CP破坏是一种现象，其中电荷共轭和宇称的联合操作并非某些弱相互作用过程的对称性，因此粒子及其反粒子镜像的行为不同，这在标准模型中通过夸克混合矩阵中的复数相位进行量化。

Scope

本主题涵盖了在中性K介子衰变中CP破坏的发现，其在标准模型中通过Cabibbo-Kobayashi-Maskawa夸克混合矩阵的复数相位进行的描述，以及在K介子、B介子和D介子系统中的观测。它探讨了CP破坏与宇宙物质-反物质不对称之间的联系，以及标准模型的这一来源似乎不足以解释观测到的宇宙不对称的需求。

Core questions

• CP破坏是如何首次被发现的，以及在什么系统中发现的？
• 标准模型如何通过夸克混合来容纳CP破坏？
• 为什么CP破坏至少需要三代夸克？
• CP破坏与宇宙的物质-反物质不对称性有何关系？

Key concepts

• 联合CP对称性
• 中性K介子和B介子系统
• Cabibbo-Kobayashi-Maskawa矩阵
• 复数CP破坏相位
• 三代要求
• 物质-反物质不对称性

Key theories

小林-益川机制

小林和益川指出，夸克混合矩阵中的一个复数相位可以产生CP破坏，但这只有在至少有三代夸克的情况下才可能发生，这在第三代夸克被发现之前就做出了预测。

中性介子中的CP破坏

CP破坏最初在中性K介子衰变中被发现，后来在B介子和D介子中得到证实，其测得的不对称性与夸克混合相位预测的模式相符。

Clinical relevance

CP破坏对于萨哈罗夫条件至关重要，这些条件用于在早期宇宙中产生物质-反物质不平衡，而已知标准模型来源的明显不足促使人们广泛寻找夸克和轻子系统中额外的CP破坏。

History

CP破坏是Cronin、Fitch及其合作者于1964年意外发现的，他们观测到长寿命中性K介子禁止的两π衰变，这一结果获得了1980年诺贝尔奖。1973年，小林和益川通过一个需要三代夸克的复数相位解释了CP破坏，这一预测得到了后来夸克发现的证实，并获得了2008年诺贝尔奖的认可。

Debates

宇宙物质-反物质不对称的起源

在标准模型中观测到的CP破坏太小，不足以解释观测到的物质多于反物质的现象，这使得额外的CP破坏来源（可能在轻子领域）是否是造成这种不对称的原因仍有待探讨。

Key figures

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

Seminal works

• christenson1964
• kobayashimaskawa1973

Frequently asked questions

为什么CP破坏对宇宙学很重要？

CP破坏是早期宇宙中产生物质多于反物质的必要条件之一。没有它，物质和反物质将以等量产生并大部分湮灭，从而不会留下普通物质。

为什么标准模型需要三代夸克才能发生CP破坏？

小林和益川指出，夸克领域中CP破坏的来源——一个具有物理意义的复数相位，只有在至少有三代夸克的情况下才能出现在混合矩阵中。