Прагляд зыходнага тэксту старонкі Парушэнне CP-інварыянтнасці

{{За межамі Стандартнай мадэлі}}
У [[Фізіка элементарных часціц|фізіцы элементарных часціц]] '''парушэнне CP-інварыянтнасці''' — гэта парушэнне камбінаванай цотнасці (CP-сіметрыі), гэта значыць неінварыянтнасць [[Фізічны закон|законаў фізікі]] адносна аперацыі люстранога адлюстравання з адначасовай заменай ўсіх часціц на антычасціцы. Яно іграе важную ролю ў тэорыях [[Касмалогія|касмалогіі]], якія спрабуюць растлумачыць [[Барыённая асіметрыя Сусвету|перавагу]] матэрыі над [[Антыматэрыя|антыматэрыяй]] у нашым Сусвеце.

Адкрыццё парушэння CP-сіметрыі ў [[1964]] г. у працэсах распаду нейтральных каонаў было адзначана [[Нобелеўская прэмія па фізіцы|Нобелеўскай прэміяй па фізіцы]] 1980 ([[Джэймс Уотсан Кронін|Джэймс Кронін]] і [[Вал Логсдан Фіч|Вал Фітч]]). У [[1967]] г. [[Андрэй Дзмітрыевіч Сахараў|А. Д. Сахараў]] паказаў, што CP-парушэнне з’яўлялася адной з неабходных умоў для практычна поўнага знішчэння [[антырэчыва]] на раннім этапе развіцця Сусвету. У 1973 г., спрабуючы знайсці тлумачэнне CP-парушэння ў распадзе нейтральных [[каон]]аў і адштурхваючыся ад ідэі {{нп5|Нікола Кабіба|Ніколы Кабіба|ru|Кабиббо, Никола}} аб змешванні двух пакаленняў кваркаў, [[Макота Кабаясі]] і [[Тосіхідэ Масукава]] прадказалі існаванне трэцяга. Сапраўды, [[b-кварк]] быў адкрыты ў 1977 г., [[t-кварк]] — у 1995. Прадказаныя тэорыяй Кабаясі і Масукавы адрозненні ўласцівасцей [[B-мезоны|B і анты-B мезонаў]], уключаючы прамое CP-парушэнне, былі адкрыты на эксперыментах {{нп5|BaBar||ru|}} і {{нп5|Belle||en|Belle experiment}} ў 2002—2007 гадах, адкрыўшы шлях да прысуджэння ім Нобелеўскай прэміі па фізіцы 2008.

== Што такое CP? ==

CP — гэта здабытак двух сіметрыя: C — зарадавае спалучэнне, якое ператварае часціцу ў яе антычасціцу, і P — [[Цотнасць (фізіка)|цотнасць]], якая стварае люстраную выяву фізічнай сістэмы. [[Моцнае ўзаемадзеянне]] і [[электрамагнітнае ўзаемадзеянне]] з’яўляюцца інварыянтнымі адносна камбінаванай аперацыі CP-пераўтварэння, але гэтая сіметрыя трохі парушаецца ў некаторых тыпах [[Слабае ўзаемадзеянне|слабага распаду]]. Гістарычна CP-сіметрыя была прапанавана для аднаўлення парадку пасля адкрыцця парушэння прасторавай цотнасці ў 1950-я.

Ідэя сіметрыі цотнасці ў тым, што ўраўненні фізікі інварыянтныя адносна люстраной інверсіі. Гэта вядзе да прадказання таго, што люстраная выява рэакцыі (напрыклад, [[Хімічная рэакцыя|хімічнай рэакцыі]] або радыеактыўнага распаду) адбываецца гэтак жа, як і сама рэакцыя. Сіметрыя цотнасці выконваецца для ўсіх рэакцый, звязаных толькі з [[электрамагнетызм]]ам і [[Моцнае ўзаемадзеянне|моцнымі ўзаемадзеяннямі]]. Да 1956 г. закон захавання цотнасці лічыўся адным з фундаментальных геаметрычных законаў захавання (як і [[закон захавання энергіі]] і [[закон захавання імпульсу]]). Аднак у 1956 пільны крытычны аналіз назапашаных эксперыментальных дадзеных фізікамі [[Лі Цзундаа|Чжэндаа Лі]] і [[Янг Чжэньнін|Чжэньнінам Янгам]] выявіў, што захаванне цотнасці не правяралася у працэсах слабага ўзаемадзеяння. Яны прапанавалі некалькі магчымых эксперыментаў. Першы эксперымент быў заснаваны на [[бэта-распад]]зе ядраў [[кобальт-60|кобальту-60]] і быў праведзены ў 1956 г. групай пад кіраўніцтвам [[Ву Цзяньсюн]]. У выніку было паказана, што ў працэсах слабага ўзаемадзеяння P-сіметрыя моцна парушаецца ці, як можна паказаць, некаторыя рэакцыі адбываюцца не так жа часта, як іх люстраныя двайнікі.

У агульным і цэлым, [[квантавая тэорыя поля]] прынцыпова патрабуе сіметрыі адносна CPT-пераўтварэнняў, калі люстраное адлюстраванне і зарадавае спалучэнне дапаўняюцца паваротам часу назад. Таму пры парушэнні P-сіметрыі поўная сіметрыя CPT [[Квантавая механіка|квантавамеханічнай]] сістэмы можа быць захавана, калі будзе знойдзена іншая сіметрыя S так, што агульная сіметрыя SP застанецца непарушанай. Гэта хітрае месца ў структуры [[гільбертавая прастора|гільбертавай прасторы]] было ўсвядомлена неўзабаве пасля адкрыцця парушэння цотнасці, і зарадавае спалучэнне было прапанавана ў якасці шуканай сіметрыі для аднаўлення парадку.

Папросту кажучы, зарадавае спалучэнне — гэта простая сіметрыя паміж часціцамі і антычасціцамі, так што CP-сіметрыя была прапанавана ў 1957 г. [[Леў Давідавіч Ландау|Львом Ландау]] як сапраўдная сіметрыя паміж матэрыяй і антыматэрыяй. Іншымі словамі, працэс, у якім усе часціцы мяняюцца са сваімі антычасціцамі, лічыцца эквівалентным люстраному адлюстраванню дадзенага працэсу.

== Эксперыментальныя сведчанні ==
=== Ускоснае парушэнне CP-сіметрыі ===
[[Файл:Kaon-box-diagram.svg|thumb|right|Дыяграма каоннай асцыляцыі]]
[[Файл:Kaon-box-diagram-alt.svg|thumb|right|Гэтыя дзве дыяграмы — [[дыяграмы Фейнмана]], якія прадстаўляюць асноўныя ўклады ў амплітуду каоннай (K-Kbar) асцыляцыі]]

У 1964 г. [[Джэймс Уотсан Кронін|Джэймс Кронін]] і [[Вал Логсдан Фіч|Вал Фітч]] паказалі (упершыню пра гэта было абвешчана на 12-й [[ICHEP]] канферэнцыі ў [[Дубна (Маскоўская вобласць)|Дубне]]), што CP-сіметрыя таксама можа быць парушана, за гэта адкрыццё ім дасталася Нобелеўская прэмія па фізіцы 1980. Іх адкрыццё паказала, што слабыя ўзаемадзеянні парушаюць не толькі сіметрыю зарадавага спалучэння C паміж часціцамі і антычасціцамі і сіметрыю цотнасці P, але таксама і іх камбінацыю. Адкрыццё ўзрушыла фізіку элементарных часціц і падняло пытанні, якія да гэтага часу з’яўляюцца цэнтральнымі ў фізіцы элементарных часціц і касмалогіі. Адсутнасць дакладнай CP-сіметрыі, але ў той жа час факт, што сіметрыя амаль выконваецца, стварылі вялікую загадку.

У 1964 г. Крыстэнсанам, Кроніным, Фітчам і Торлеем было адкрыта парушэнне CP-сіметрыі ў эксперыментах па распаду [[каон]]аў; у фізічных з’явах захоўваецца толькі больш слабы (але і больш прынцыповы) варыянт сіметрыі — [[CPT-інварыянтнасць]]. Акрамя C і P, існуе трэцяя аперацыя — [[T-сіметрыя|паварот часу]] (T), якая адпавядае абарачальнасці руху. Інварыянтнасць адносна павароту часу азначае, што калі рух дазволены законамі фізікі, то адваротны рух таксама дазволена. Камбінацыя CPT з’яўляецца дакладнай сіметрыяй усіх тыпаў [[Фундаментальныя ўзаемадзеянні|фундаментальных узаемадзеянняў]]. З-за CPT-сіметрыі парушэнне CP-сіметрыі эквівалентна парушэнню T-сіметрыі. Парушэнне CP-сіметрыі прадугледжвае незахаванне T, зыходзячы са здагадкі, што CPT-тэарэма правільная. У гэтай тэарэме, якая лічыцца адным з асноўных прынцыпаў квантавай тэорыі поля, зарадавае спалучэнне, цотнасць і паварот часу прымяняюцца разам.

=== Прамое парушэнне CP-сіметрыі ===
Тып парушэння CP-сіметрыі, адкрыты ў 1964 годзе, быў звязаны з тым фактам, што нейтральныя [[каоны]] могуць ператварацца ў свае [[антычасціца|антычасціцы]] (у якіх [[кварк]]і замяняюцца антыкваркамі) і наадварот, але падобнае ператварэнне не адбываецца з аднолькавай імавернасцю ў абодвух напрамках; гэта было названа ''ўскосным'' парушэннем CP-сіметрыі.

Нягледзячы на маштабныя пошукі, іншых прыкмет парушэння CP-сіметрыі не было вядома да 1990-х, калі вынікі эксперыменту {{нп5|NA31||en|NA31 experiment}} у [[ЦЕРН]] даказалі парушэнне CP-сіметрыі ў працэсах распаду усё тых жа нейтральных каонаў, так званае ''прамое'' парушэнне CP-сіметрыі. Адкрыццё было спрэчным, і канчатковы доказ прыйшоў толькі ў 1999 г. пасля эксперыментаў KTeV ў [[Фермілаб]]е<ref>{{cite journal|last=Alavi-Harati |first=A. |display-authors=etal |collaboration=KTeV Collaboration|title=Observation of Direct CP Violation in K<sub>S,L</sub>→&pi;&pi; Decays|journal=[[Physical Review Letters]]|year=1999|volume=83|issue=1 |pages=22–27|doi=10.1103/PhysRevLett.83.22|arxiv = hep-ex/9905060 |bibcode = 1999PhRvL..83...22A }}</ref> і эксперыментаў {{нп5|NA48||ru|}} у [[ЦЕРН]]<ref name="NA48">
{{Cite journal
 |last=Fanti |first=V.
 |display-authors=etal
 |collaboration=NA48 Collaboration
 |year=1999
 |title= A new measurement of direct CP violation in two pion decays of the neutral kaon
 |journal=[[Physics Letters B]]
 |volume=465 |issue=1–4 |pages=335–348
 |arxiv=hep-ex/9909022
 |bibcode=1999PhLB..465..335F
 |doi=10.1016/S0370-2693(99)01030-8
}}</ref>.

У 2001 годзе ў новым пакаленні эксперыментаў, у тым ліку ў эксперыменце [[BaBar]] у Стэнфардскам цэнтры лінейных паскаральнікаў ([[SLAC]], ЗША) і ў эксперыменце [[Belle]] пры Арганізацыі па даследаваннях на паскаральніках высокіх энергій ([[KEK]], Японія), назіралася прамое парушэнне CP-сіметрыі ў распадах [[B-мезон]]аў<ref>
{{Cite web
 |first=Peter
 |last=Rodgers
 |title=Where did all the antimatter go?
 |url=http://physicsworld.com/cws/article/print/2001/aug/01/where-did-all-the-antimatter-go
 |page=11
 |date=August 2001
 |work=[[Physics World]]
}}</ref>. Да гэтых эксперыментаў існавала лагічная магчымасць, што парушэнне CP-сіметрыі абмяжоўваецца фізікай каонаў. Гэтыя эксперыменты развеялі ўсе сумненні ў тым, што ўзаемадзеянні Стандартнай мадэлі парушаюць CP. У 2007 г., падобныя эксперыменты паказалі існаванне і прамога парушэння CP-сіметрыі для [[B-мезон]]аў (гл. спасылкі).

Парушэнне CP-сіметрыі ўключаецца ў Стандартную мадэль пры дапамозе ўключэння камплекснай фазы ў [[CKM-матрыца|CKM-матрыцу]], якая апісвае змешванне [[кварк]]аў. У такой схеме неабходнай умовай для з’яўлення камплекснай фазы і парушэння CP-сіметрыі з’яўляецца існаванне па меншай меры трох пакаленняў кваркаў.

Няма ніякіх эксперыментальных пацвярджэнняў парушэння CP-сіметрыі ў [[Квантавая хромадынаміка|квантавай хромадынаміцы]]; гл. ніжэй.

== Моцная CP-праблема ==

У [[Фізіка элементарных часціц|фізіцы элементарных часціц]] '''моцная CP-праблема''' — гэта загадкавае пытанне, чаму ў квантавай хромадынаміцы (КХД) не парушаецца CP-сіметрыя.

КХД не парушае CP-сіметрыю так проста, як тэорыя [[электраслабае ўзаемадзеянне|электраслабага ўзаемадзеяння]]; у адрозненне ад электраслабай тэорыі, у якой калібровачныя палі звязваюцца ў [[Хіральнасць|хіральныя]] токі, створаныя [[ферміён]]нымі палямі, [[глюон]]ы звязваюцца ў вектарныя токі. Эксперыменты не паказваюць ніякага парушэння CP-сіметрыі ў вобласці КХД. Напрыклад, агульнае парушэнне CP-сіметрыі ў вобласці КХД стварыла б [[электрычны дыпольны момант]] у [[нейтрон]]а, які быў бы каля <math>10^{-18}\ \rm{e\cdot{}m}</math> (зарад электрона, памножаны на метр), у той час як эксперыментальная верхняя мяжа прыблізна ў трыльён раз менш.

Нягледзячы на адсутнасць эксперыментальнага пацвярджэння парушэнняў сіметрыі, у лагранжыяне КХД ёсць натуральныя члены, якія могуць парушаць CP-сіметрыю.

: <math>{\mathcal L} = -\frac{1}{4} {\mathrm {tr}\,} F_{\mu\nu}F^{\mu\nu}-\frac{n_f g^2\theta}{32\pi^2}
{\mathrm {tr}\,}F_{\mu\nu}\tilde F^{\mu\nu}+\bar \psi(i\gamma^\mu D_\mu - m
e^{i\theta'\gamma_5})\psi</math>

Пры ненулявом выбары КХД <math>\theta</math>-вугла і хіральнай фазы кваркавай масы <math>\theta'</math> можна чакаць, што CP-сіметрыя будзе парушаная. Звычайна лічыцца, што хіральная фаза кваркавай масы можа стаць укладам у агульны эфектыўны <math>\tilde\theta</math>-вугал, але застаецца нявытлумачаным, чаму прырода абрала неверагодна малое значэнне гэтага вугла замест адвольнага значэння паміж 0 і 2π; спецыяльны выбар <math>\theta</math>-вугла, вельмі блізкага да нуля (у гэтым выпадку), з’яўляецца прыкладам тонкай настройкі ў фізіцы.

{{зноскі}}

== Літаратура ==

* {{артыкул
| аўтар         = G. C. Branco, R. González Felipe, F. R. Joaquim
| загаловак      = Leptonic CP violation
| спасылка        = http://rmp.aps.org/abstract/RMP/v84/i2/p515_1
| мова          = en
| выданне       = Rev. Mod. Phys.
| год           = 2012
| volume        = 84
| pages         = 515—565
| doi           = 10.1103/RevModPhys.84.515
}}

== Спасылкі ==

* {{cite book | author=А. Д. Сахаров |title=Нарушение СР-инвариантности, С-асимметрия и барионная асимметрия вселенной |publisher= Академия Наук СССР |year=1967 |id=ЖЭТФ. Письма в редакцию. 1967. Т. 5, вып. 1. С. 32-35}} ''[http://www.ufn.ru/ru/articles/1991/5/b/]''
* {{cite book | author=G. C. Branco, L. Lavoura and J. P. Silva |title=CP violation |publisher= Clarendon Press, Oxford |year=1999 |id=ISBN 0-19-850399-7}}
* {{cite book | author=I. Bigi and A. Sanda |title=CP violation |publisher=Cambridge University Press |year=1999 |id=ISBN 0-521-44349-0}}
* {{cite book | author=Michael Beyer (Editor) | title= CP Violation in Particle, Nuclear and Astrophysics| publisher=Springer |year=2002 |id=ISBN 3-540-43705-3}} ''(Коллекция вводных эссе по теме с акцентом на экспериментальные данные.)''
* {{cite book | author=L. Wolfenstein |title=CP violation| publisher=North-Holland, Amsterdam | year=1989 |id=0444-88081X}}
* {{cite book | author=David J. Griffiths | title=Introduction to Elementary Particles | url=https://archive.org/details/introductiontoel0000grif_o7r4 | publisher=Wiley, John & Sons, Inc | year=1987 | id=ISBN 0-471-60386-4}}
* Davide Castelvecchi, ''[http://www2.slac.stanford.edu/tip/special/cp.htm What is direct CP-violation?] {{Архівавана|url=https://web.archive.org/web/20140503090147/http://www2.slac.stanford.edu/tip/special/cp.htm |date=3 мая 2014 }}'', Стенфордский линейный ускоритель (Stanford Linear Accelerator — SLAC)
* {{cite book | author=The BaBar Collaboration |title=Observation of CP Violation in B0 -> K+pi- and B0 -> pi+pi- |publisher=Physical Review Letters |year=2007 |id=Phys. Rev. Lett. 99, 021603 (2007)}} ''[http://arxiv.org/abs/hep-ex/0703016]''. Также смотреть Phys. Rev. Lett. 93, 131801 (2004) ''[http://arxiv.org/abs/hep-ex/0407057]'' і Phys. Rev. Lett. 98, 211801 (2007) ''[http://arxiv.org/abs/hep-ex/0608035]''.

[[Катэгорыя:Фізіка за межамі Стандартнай мадэлі]]
[[Катэгорыя:Квантавая тэорыя поля]]
[[Катэгорыя:Законы захавання]]
[[Катэгорыя:Слабае ўзаемадзеянне]]