Physique des particules

Interaction faible et violation de CP

L'interaction faible change la saveur des quarks et des leptons ; la violation de CP dans certains processus montre que matière et antimatière ne sont pas parfaitement symétriques sous la conjugaison de charge combinée à la parité.

L'interaction faible est celle du modèle standard qui change la saveur des quarks ; elle provoque aussi la désintégration bêta et les interactions des neutrinos. CP transforme les particules en antiparticules et inverse l'espace. Certains processus faibles violent CP : leurs probabilités peuvent différer de celles des processus conjugués.

P(A\to B)\ne P(CP(A)\to CP(B))\quad\text{(CP violation)}

Définition: Matrice CKM et phase CP

Les états propres faibles et de masse des quarks diffèrent ; la matrice CKM décrit leur mélange dans les courants chargés. Avec trois générations, elle contient une phase complexe irréductible qui permet la violation de CP dans les processus faibles des quarks. Les neutrinos ont une matrice de mélange analogue, PMNS.

Basculez entre le processus schématique initial et ses transformations C (particule en antiparticule), P (miroir) et T (inversion du temps). Il s'agit d'un schéma, non de données de désintégration mesurées.

CP et l'asymétrie cosmique

La violation de CP a été observée dans les systèmes de mésons K et B, conformément à la phase CKM. Elle est nécessaire aux scénarios produisant l'asymétrie baryonique de l'Univers primordial, mais celle du modèle standard semble trop faible pour expliquer l'excès observé sans nouvelle physique et conditions adéquates.

Exemple: Un test de CP

Une particule et son antiparticule se désintègrent vers des états finaux conjugués par CP. Si leurs taux diffèrent après correction de l'efficacité du détecteur, quelle conclusion convient ?

Solution

Cela indique une violation de CP dans ce canal si les incertitudes statistiques et les asymétries du détecteur sont maîtrisées ; cela ne signifie pas que toute interaction viole CP.

Pour quantifier une asymétrie, on compare les taux de désintégration d'une particule et de son antiparticule vers des états finaux conjugués. Si l'amplitude contient deux contributions d'amplitudes différentes et de phase relative autre que $0$ ou $\pi$ , leur interférence peut différencier les probabilités. Il faut corriger les efficacités et les fonds propres à chaque échantillon ; seul un effet qui résiste à ces contrôles est interprété comme violation de CP.

Quelles transformations sont combinées dans CP ?

La violation de CP dans un canal de désintégration prouve-t-elle à elle seule une violation de CPT ?

Références

I.I. Bigi, A.I. Sanda (2009). CP Violation