粒子物理学

弱相互作用与CP破坏

弱相互作用可改变夸克和轻子的味；某些过程中的CP破坏表明物质与反物质在电荷共轭加空间反演下并非完全对称。

弱相互作用是标准模型中能改变夸克味的相互作用，也导致β衰变和中微子反应。CP变换将粒子换成反粒子并反演空间。弱过程可发生CP破坏，即某过程与其CP共轭过程的概率不必相等。

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

定义: CKM矩阵与CP相位

弱本征态与夸克质量本征态不同；CKM矩阵描述带电流中的味混合。三代情形含一个无法通过场重相位消去的复相位，使夸克弱过程可以违反CP。中微子有对应的PMNS混合矩阵。

切换示意粒子过程的原态、C（粒子变反粒子）、P（镜像反演）和T（时间反演）。这是符号示意，不是实际衰变数据。

CP与宇宙不对称

K介子和B介子系统中已观测到CP破坏，与CKM相位相符。它是早期宇宙产生重子不对称情景所需条件之一，但若没有额外物理和合适条件，标准模型CP破坏似乎不足以解释观测到的物质过剩。

例题: CP检验

粒子与反粒子衰变到CP相关的末态。校正探测器效率后若衰变率仍不同，最合适的结论是什么？

解答

若统计误差和探测器不对称已受控，这表明该道发生CP破坏；并不意味着所有相互作用都破坏CP。

定量研究不对称性时，要比较粒子与反粒子衰变到共轭末态的速率。若振幅含有大小不同且相对相位不为 $0$ 或 $\pi$ 的两个贡献，干涉就可能使概率不同。测量须校正不同样本的效率和本底；只有通过这些检验后仍存在的效应，才解释为CP破坏。

CP变换结合了哪两种变换？

某衰变道发生CP破坏本身能证明CPT破坏吗？