好好学习,天天向上,物理好资源网(原物理ok网)欢迎您!
当前位置:首页 > > 信息公告 > 内容页

现代数学学中最被高估的困局:强CP问题

2023-09-11 09:59:32信息公告40

假如要问现今数学学领域中最大的未解问题,不同的化学学家会给出各类回答——粒子化学标准模型的级列问题、重子产生的问题、暗物质、暗能量、量子引力、宇宙的起源以及万有理论。2tN物理好资源网(原物理ok网)

但是,近半个世纪以来,还有一个未曾得到应有注重的未解问题——强CP问题,这是现代数学学中最被高估的困局。大多数的数学困局须要赶超标准模型的新数学学理论,但强CP问题并不是这方面的问题,而是标准模型本身的问题。2tN物理好资源网(原物理ok网)

粒子化学标准模型2tN物理好资源网(原物理ok网)

粒子化学标准模型统一了三种基本自然力——电磁力、弱核力以及强核力,这套理论就能精确描述组成宇宙的基本粒子以及它们之间的互相作用。常见的粒子包括传递电磁力的光子、传递弱核力的W及Z玻骰子、传递强核力的胶子,还有组成原子核的夸克、电子等等。2tN物理好资源网(原物理ok网)

夸克(与反夸克)总共有六种或则说六味,每一种都带有电荷和色荷。轻子(与反轻子)也有六种,其中三种带有电荷(电子、μ子和τ子),而另外三种不带电荷(中微子)。传递电磁互相作用的粒子只有光子一种,传递弱互相作用的粒子有三种规范玻骰子(W+、W-和Z),传递强互相作用的粒子有八种胶子。2tN物理好资源网(原物理ok网)

为何会有如此多粒子?这就是事情显得有趣的地方。在传统的物理方式中,所有的操作都是我们所说的可交换。简单地说,可交换的意思是不管以哪些次序做运算,结果都是一样的,比如,1+2等于2+1,2×3等于3×2。2tN物理好资源网(原物理ok网)

但是,其他事情是不可交换的。举个反例,把手机屏幕正对着你的脸,之后试着做以下两件事:2tN物理好资源网(原物理ok网)

(1)先顺着垂直于人脸的轴逆秒针旋转屏幕90度,之后顺着垂直于地面的轴顺秒针旋转90度,此时屏幕朝向两侧。2tN物理好资源网(原物理ok网)

《现代物理知识》_物理现代知识框架图_现代物理知识2tN物理好资源网(原物理ok网)

(2)重新开始,同样做两个相同的旋转,但次序调换一下:先顺着垂直于地面的轴顺秒针旋转屏幕90度,此时屏幕朝左。之后,顺着垂直于人脸的轴逆秒针旋转90度,此时屏幕朝下。2tN物理好资源网(原物理ok网)

相同的两个旋转,但次序相反,致使了完全不同的结果。2tN物理好资源网(原物理ok网)

阿贝尔理论2tN物理好资源网(原物理ok网)

当涉及到标准模型时,化学学家所使用的规则在物理上要比除法、乘法甚至旋转更复杂一些,而且概念是一样的。化学学家讨论的不是一组运算是可交换的还是不可交换的,而是描述这种互相作用的群是阿贝尔的还是非阿贝尔的,这是以物理家尼尔斯·阿贝尔命名的物理群论概念。2tN物理好资源网(原物理ok网)

在标准模型中,电磁力是阿贝尔的,而强弱核力都是非阿贝尔的。阿贝尔和非阿贝尔的区别不是减法、乘法或旋转,而是以对称性的方式表现下来。阿贝尔理论应当有以下对称的互相作用:2tN物理好资源网(原物理ok网)

C电荷共轭,用反粒子取代粒子;2tN物理好资源网(原物理ok网)

P宇称,用镜像粒子取代所有的粒子;2tN物理好资源网(原物理ok网)

T时间反演,数学规律在时间往前和向后流逝的情况下保持不变。2tN物理好资源网(原物理ok网)

但是,非阿贝尔理论则应表现出差异性。2tN物理好资源网(原物理ok网)

强CP问题2tN物理好资源网(原物理ok网)

《现代物理知识》_物理现代知识框架图_现代物理知识2tN物理好资源网(原物理ok网)

对于电磁互相作用,C、P和T都是各自守恒的,其任何组合——CP、PT、CT和CPT,也都是守恒的。对于弱互相作用,C、P和T分别被发觉出现破缺,两两组合——CP、PT和CT,也都出现破缺,但三个组合CPT是守恒的。2tN物理好资源网(原物理ok网)

这样才会出现问题。在标准模型中,个别互相作用是严禁的,而有些是容许的。对于电磁互相作用,C、P和T的单独对称破缺都是严禁的。对于弱互相作用和强互相作用现代物理知识,CPT同时出现破缺是严禁的。似乎在弱互相作用和强互相作用中都容许出现CP对称破缺,但这些现象只在弱互相作用中出现过。其实CP对称破缺准许存在于强互相作用中,但至今没有被发觉这些现象,这就是强CP问题。2tN物理好资源网(原物理ok网)

假如没有一条守恒定理严禁互相作用的发生,这么,这些互相作用发生的机率就是有限的,非零的。2tN物理好资源网(原物理ok网)

在弱互相作用中,CP对称破缺发生的机率为1000分之一。但在强互相作用中,至今依然没有发觉CP对称破缺。假如对称破缺在强互相作用中真的存在,它被抑制了超过10亿倍。为何在强互相作用中,粒子的衰变与镜像反粒子的衰变完全一致?为何中子没有电偶极矩?2tN物理好资源网(原物理ok网)

强CP问题的解决2tN物理好资源网(原物理ok网)

在1977年,化学学家提出了一种新的对称性,它在强互相作用中会抑制CP对称破缺,并预言了一种新粒子的存在:轴子。理论上,轴子十分轻,没有电荷现代物理知识,而且数目应当十分丰富。事实上,轴子是一个完美的暗物质候选粒子。化学学家认识到,假如轴子存在,它们可以在月球实验室中侦测到。但遗憾的是,目前还没有发觉轴子的存在。2tN物理好资源网(原物理ok网)

强CP问题的解决方式可能并不在于一种新对称性,轴子可能根本不存在于宇宙中。在数学学中,我们发觉的任何现象都有无数种可能的解答。只有通过实验和观测,我们就能找到适用于我们宇宙的化学学理论。2tN物理好资源网(原物理ok网)

在理论化学学的各个前沿领域,都有好多重大悬案等待解决。我们不晓得暗物质和暗能量是由哪些组成的,我们不晓得初期宇宙中的正物质是怎样超过反物质的。但强CP问题不同于这些前沿问题,这是一个难解之谜,并不是由于我们观测到了个别未知的东西,而是由于我们观测到了个别东西的缺位。2tN物理好资源网(原物理ok网)