卡比博-小林-益川矩阵

更新时间:2022-11-27 08:58

卡比博-小林-益川矩阵(Cabibbo-Kobayashi-Maskawa,CKM或KM matrix)是粒子物理标准模型的一个重要组成成分,它表征了顶类型和底类型夸克间通过W粒子弱相互作用的耦合强度。对二代夸克情形,它是由意大利物理学家卡比博在1963年首先给出的,通常被称为卡比博矩阵或卡比博角。1973年日本物理学家小林诚益川敏英把它推广到三代夸克。三代矩阵含有相位,可以用来解释弱相互作用中的电荷宇称对称性破缺(CP破坏),也被经常用来解释宇宙重子数不对称。CKM矩阵在轻子中的对应是牧-中川-坂田矩阵(Maki-Nakagawa-Sakata或MNS)。

简介

卡比博-小林-益川矩阵(Cabibbo-Kobayashi-Maskawa,CKM或KMmatrix)是粒子物理标准模型的一个重要组成成分,它表征了顶类型和底类型夸克间通过W粒子弱相互作用的耦合强度。对二代夸克情形,它是由意大利物理学家卡比博在1963年首先给出的,通常被称为卡比博矩阵或卡比博角。1973年日本物理学家小林诚益川敏英把它推广到三代夸克。三代矩阵含有相位,可以用来解释弱相互作用中的电荷宇称对称性破缺(CP破坏),也被经常用来解释宇宙重子数不对称。CKM矩阵在轻子中的对应是牧-中川-坂田矩阵(Maki-Nakagawa-Sakata或MNS)。

内容

历史

早期的粒子物理模型包涵三种夸克—上夸克下夸克奇异夸克。在研究强子弱衰变中,人们发现奇异数守恒的过程要比不守恒的过程进行得快约20倍。为解释此现象,卡比博引入了一个下夸克和奇异夸克(这两种夸克有相同的量子数)之间的混合角θc。上夸克与下夸克和奇异夸克的相互作用耦合分别正比于此角的余弦(cosθc)和正弦(sinθc)。实验上sinθc约为0.23。

1973年,在一篇发表在日本期刊《理论物理学进展》上的题为“弱相互作用可重整化理论中的CP破坏”的论文中,小林诚和益川敏英把卡比博角推广到三代夸克。他们发现虽然一般的三维幺正矩阵有九个实参数,但是只有四个具有物理意义,而其它的都可以被吸收到夸克波函数的位相中而不为观测。四个物理参数中的一个是位相因子,它提供了CP破坏的微观机制,同时猜测了第三代夸克的存在,因此具有重大的物理意义。他们二人也因而与南部阳一郎分享了2008年诺贝尔物理学奖

如今,寻找CKM矩阵参数的微观物理起源是粒子物理理论研究的重大课题之一。

参数化表示

CKM矩阵是一个三维幺正矩阵。小林诚和益川敏英当初给的表示是:

在标准参数化下,它可以由三个混合角(θ12,θ13,θ23)和一个相位(δ)表示为

其中(u,c,t)和(d,s,b)分别代表三代顶类型(上、粲、顶)和底类型(下、奇异、底)夸克,c12,s12等是cosθ12,sinθ12等的简写。

参数测量

CKM矩阵元实验测定和最新数据的详细资料,可参阅粒子数据组的网页和出版物

沃尔芬斯坦参数:

和雅尔斯廓格不变量:

与重子生成的关系

CP破坏是解释自宇宙大爆炸以来仅物质存在(即反物质消失)的萨哈罗夫三条件(热力学非平衡,重子数不守恒,C和CP对称性不守恒)之一,因此CKM矩阵在粒子宇宙学中有着重要应用。但是现在公认的结论是实验测量到CP破坏的数量级,远不足以解释观测到的重子不对称度,因此重子生成必须有其他的来源。

免责声明
隐私政策
用户协议
目录 22
0{{catalogNumber[index]}}. {{item.title}}
{{item.title}}