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卡比博-小林-益川矩陣

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卡比博-小林-益川矩陣(Cabibbo-Kobayashi-Maskawa,CKM或KM matrix)是粒子物理標準模型的一個重要組成成分,它表徵了頂類型和底類型夸克間通過W粒子弱相互作用的耦合強度。對二代夸克情形,它是由意大利物理學家卡比博在1963年首先給出的,通常被稱為卡比博矩陣或卡比博角。1973年日本物理學家小林誠益川敏英把它推廣到三代夸克。三代矩陣含有相位,可以用來解釋弱相互作用中的電荷宇稱對稱性破缺(CP破壞),也被經常用來解釋宇宙重子數不對稱。CKM矩陣在輕子中的對應是牧-中川-坂田矩陣(Maki-Nakagawa-Sakata或MNS)。
中文名
卡比博-小林-益川矩陣
外文名
Cabibbo-Kobayashi-Maskawa
釋    義
耦合強度

卡比博-小林-益川矩陣簡介

卡比博-小林-益川矩陣(Cabibbo-Kobayashi-Maskawa,CKM或KMmatrix)是粒子物理標準模型的一個重要組成成分,它表徵了頂類型和底類型夸克間通過W粒子弱相互作用的耦合強度。對二代夸克情形,它是由意大利物理學家卡比博在1963年首先給出的,通常被稱為卡比博矩陣或卡比博角。1973年日本物理學家小林誠益川敏英把它推廣到三代夸克。三代矩陣含有相位,可以用來解釋弱相互作用中的電荷宇稱對稱性破缺(CP破壞),也被經常用來解釋宇宙重子數不對稱。CKM矩陣在輕子中的對應是牧-中川-坂田矩陣(Maki-Nakagawa-Sakata或MNS)。 [1] 

卡比博-小林-益川矩陣內容

卡比博-小林-益川矩陣歷史

早期的粒子物理模型包涵三種夸克—上夸克下夸克奇異夸克。在研究強子弱衰變中,人們發現奇異數守恆的過程要比不守恆的過程進行得快約20倍。為解釋此現象,卡比博引入了一個下夸克和奇異夸克(這兩種夸克有相同的量子數)之間的混合角θc。上夸克與下夸克和奇異夸克的相互作用耦合分別正比於此角的餘弦(cosθc)和正弦(sinθc)。實驗上sinθc約為0.23。
1973年,在一篇發表在日本期刊《理論物理學進展》上的題為“弱相互作用可重整化理論中的CP破壞”的論文中,小林誠和益川敏英把卡比博角推廣到三代夸克。他們發現雖然一般的三維幺正矩陣有九個實參數,但是隻有四個具有物理意義,而其它的都可以被吸收到夸克波函數的位相中而不為觀測。四個物理參數中的一個是位相因子,它提供了CP破壞的微觀機制,同時猜測了第三代夸克的存在,因此具有重大的物理意義。他們二人也因而與南部陽一郎分享了2008年諾貝爾物理學獎
如今,尋找CKM矩陣參數的微觀物理起源是粒子物理理論研究的重大課題之一。 [1] 

卡比博-小林-益川矩陣參數化表示

CKM矩陣是一個三維幺正矩陣。小林誠和益川敏英當初給的表示是:
在標準參數化下,它可以由三個混合角(θ12θ13θ23)和一個相位(δ)表示為
其中(uct)和(dsb)分別代表三代頂類型(上、粲、頂)和底類型(下、奇異、底)夸克,c12s12等是cosθ12,sinθ12等的簡寫。 [1] 

卡比博-小林-益川矩陣參數測量

CKM矩陣元實驗測定和最新數據的詳細資料,可參閲粒子數據組的網頁和出版物
沃爾芬斯坦參數:
和雅爾斯廓格不變量:

卡比博-小林-益川矩陣與重子生成的關係

CP破壞是解釋自宇宙大爆炸以來僅物質存在(即反物質消失)的薩哈羅夫三條件(熱力學非平衡,重子數不守恆,C和CP對稱性不守恆)之一,因此CKM矩陣在粒子宇宙學中有着重要應用。但是現在公認的結論是實驗測量到CP破壞的數量級,遠不足以解釋觀測到的重子不對稱度,因此重子生成必須有其他的來源。 [1] 
參考資料
  • 1.    M. Kobayashi and T. Maskawa. CP Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction. Progress in Theoretical Physics. 1973, 49: 652–657.