Сильная проблема CP

Проблема сильного CP является озадачивает вопрос в физике элементарных частиц : Почему квантовая хромодинамика (КХД) , как представляется сохранение CP-симметрии ?

В физике элементарных частиц CP обозначает симметрию заряда + четности или симметрию зарядового сопряжения и четности : комбинацию симметрии зарядового сопряжения (C) и симметрии четности (P). Согласно нынешней математической формулировке квантовой хромодинамики, нарушение CP-симметрии в сильных взаимодействиях могло произойти. Однако никакого нарушения CP-симметрии никогда не наблюдалось ни в одном эксперименте, включающем только сильное взаимодействие. Поскольку в КХД нет известной причины для его обязательного сохранения, это проблема " точной настройки ", известная как проблема сильной CP .

Сильная проблема CP иногда рассматривается как нерешенная проблема в физике и упоминается как «самая недооцененная головоломка во всей физике». ^{[1] [2]} Есть несколько предлагаемых решений для решения сильной CP-проблемы. Наиболее известным является теория Печчеи-Куинн , ^[3] с использованием новых псевдоскалярные частиц , называемых аксионы .

Нарушение CP [ править ]

CP-симметрия утверждает, что законы физики должны быть одинаковыми, если частица была заменена местами ее античастицы (C-симметрия, поскольку заряды античастиц являются отрицательными для соответствующей частицы), а затем были поменяны местами левый и правый (P-симметрия).

Эксперименты не указывают на нарушение CP в секторе КХД. Например, общее нарушение СР в сильно взаимодействующей сектор будет создавать электрический дипольный момент от нейтрона , который был бы сопоставим с 10 ^-18  е · м , а текущая экспериментальная верхняя граница примерно одномилиардной что размер. ^[4]

Как может быть нарушена CP в КХД [ править ]

КХД не так легко нарушает CP-симметрию, как электрослабая теория ; В отличие от электрослабой теории, в которой калибровочные поля взаимодействуют с нарушающими четность киральными токами, глюоны КХД взаимодействуют с векторными токами. Отсутствие какого-либо наблюдаемого нарушения CP-симметрии является проблемой, потому что в лагранжиане КХД есть естественные члены , которые могут нарушить CP-симметрию.

${\ displaystyle {\ mathcal {L}} = - {\ frac {1} {4}} F _ {\ mu \ nu} F ^ {\ mu \ nu} - {\ frac {n_ {f} g ^ {2 } \ theta} {32 \ pi ^ {2}}} F _ {\ mu \ nu} {\ tilde {F}} ^ {\ mu \ nu} + {\ bar {\ psi}} (i \ gamma ^ { \ mu} D _ {\ mu} -me ^ {i \ theta ^ {\, \ prime} \ gamma _ {5}}) \ psi}$^{[ требуется разъяснение ]}

При ненулевом выборе угла θ и фазы киральной массы кварка θ ′ ожидается нарушение CP-симметрии. Если фаза массы кирального кварка θ ' может быть преобразована во вклад в общий эффективный угол θ , необходимо будет объяснить, почему этот эффективный угол чрезвычайно мал, а не равен единице; конкретное значение угла, которое должно быть очень близко к нулю (в данном случае), является примером проблемы точной настройки в физике. Если фаза θ ′ поглощается гамма-матрицами, нужно объяснить, почему θ мала, но было бы вполне естественно установить ее равной нулю.

Если бы хотя бы один из кварков стандартной модели был безмассовым, θ стал бы ненаблюдаемым; т.е. это исчезло бы из теории. Однако эмпирические данные убедительно свидетельствуют о том, что ни один из кварков не является безмассовым, и поэтому это решение сильной проблемы CP не удается.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]