Vật lý hạt cơ bản

Tương tác yếu, vi phạm CP

Tương tác yếu làm biến đổi hương quark và lepton; sự vi phạm CP trong một số quá trình cho thấy vật chất và phản vật chất không hoàn toàn đối xứng dưới liên hợp điện tích kết hợp phép đảo không gian.

Tương tác yếu là tương tác duy nhất trong Mô hình Chuẩn làm thay đổi hương quark; nó cũng gây phân rã beta và tương tác của neutrino. Đối xứng CP biến hạt thành phản hạt đồng thời đảo không gian. Các quá trình yếu có thể vi phạm CP, tức xác suất của quá trình và quá trình CP liên hợp không bằng nhau.

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

Định nghĩa: Ma trận CKM và pha CP

Các trạng thái quark yếu và khối lượng không trùng nhau; ma trận CKM mô tả độ trộn giữa các hương quark trong dòng tích điện. Với ba thế hệ, ma trận có một pha phức không thể loại bỏ bằng đổi pha trường; pha này cho phép vi phạm CP trong tương tác yếu quark. Neutrino có ma trận trộn PMNS tương ứng.

Chuyển đổi trực quan một quá trình hạt giữa ảnh gốc, C (đổi hạt thành phản hạt), P (đảo gương) và T (đảo chiều thời gian). Mô phỏng là sơ đồ ký hiệu, không phải dữ liệu phân rã thực.

CP và bất đối xứng vũ trụ

Vi phạm CP đã được quan sát trong các meson K và B, phù hợp với pha CKM. Nó là một thành phần cần thiết trong các kịch bản sinh bất đối xứng baryon từ vũ trụ ban đầu, nhưng độ lớn CP của Mô hình Chuẩn dường như quá nhỏ để giải thích lượng vật chất dư quan sát được nếu không có vật lý bổ sung và các điều kiện thích hợp.

Ví dụ: Phép thử CP

Một hạt và phản hạt của nó phân rã thành các trạng thái cuối liên hệ bằng CP. Nếu hai tốc độ phân rã đo được khác nhau sau khi hiệu chỉnh hiệu suất detector, kết luận phù hợp nhất là gì?

Lời giải

Đây là dấu hiệu vi phạm CP trong kênh đó, nếu sai số thống kê và bất đối xứng detector đã được kiểm soát; không có nghĩa mọi tương tác đều vi phạm CP.

Để định lượng bất đối xứng, so sánh tốc độ phân rã của hạt và phản hạt vào các trạng thái cuối liên hợp. Nếu biên độ gồm hai đóng góp có độ lớn khác nhau và pha tương đối không bằng 0 hoặc $\pi$ , giao thoa có thể làm hai xác suất lệch nhau. Phép đo phải hiệu chỉnh hiệu suất và nền riêng cho từng mẫu; chỉ hiệu ứng bền vững sau các kiểm tra mới được diễn giải là tín hiệu vi phạm CP.

Phép CP kết hợp những biến đổi nào?

Nếu một kênh phân rã vi phạm CP, điều đó tự nó có chứng minh CPT bị vi phạm không?

Tài liệu tham khảo

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