強cp破壞

概要

“強CP破壞”問題是粒子物理學懸而未決的重大疑難之一。簡單說來，描述強相互作用的量子色動力學
（QCD）拉氏量裡面允許存在一個破壞CP對稱性的項，記為q，其大小不是QCD本身所能確定的。這一奇怪的CP破壞項對微擾理論的任何階次都沒有貢獻，但是它有可能導致顯著的非微擾效應。藉助於手征微擾論，我們可以算出q項所引發的中子電偶極矩和h®2p衰變等CP破壞過程。到目前為止，有關中子電偶極矩的實驗還沒有觀測到可靠的信號，不過實驗結果為q的數值設定了嚴格的上限：|q|應小於10億分之一。為什麼q這么小？它可能嚴格等於零嗎？從理論的自然性出發，一個特別小的物理量往往是不自然的，因為它的數值很可能依賴於其他物理參數的微調，除非它由於某種對稱性的限制而精確為零。這就是困擾了理論家們多年的強CP問題。

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在現階段，解釋強相互作用中不可觀測的CP破壞效應的理論圖像主要有兩類：

u上夸克-內部結構模型圖

（一）假設最輕的夸克（即u夸克）是沒有質量的。在這種情況下，可以把令人煩惱的q項從QCD拉氏量中“轉掉”，因而QCD就變成CP對稱性嚴格成立的理論了。但是種種跡象表明，u夸克的質量雖小（在QCD典型能標下大約為5MeV），卻不可能嚴格等於零。
（二）假設QCD拉氏量存在一種整體的U(1)對稱性，即Peccei-Quinn（PQ）對稱性。該對稱性可以禁閉破壞CP守恆的q項。然而，PQ對稱性在高能標（10億至1萬億GeV）自發破缺以後會產生出一個電中性、無自旋、小質量的粒子，通常稱為軸子（Axion）。這一有趣的非標準模型粒子至今還沒有被實驗觀測到。許多理論家猜想，如果軸子的確存在的話，它或許是宇宙的暗物質的可能候選者。