Тео́рия Печче́и — Квинн в физике элементарных частиц — самое известное решение сильной CP -проблемы , то есть экспериментально наблюдаемого отсутствия нарушений CP -инвариантности в квантовой хромодинамике (КХД). Теория предложена в 1977, её авторы — Роберто Печчеи и Хелен Квинн . Механизм Печчеи — Квинн сводится к постулированию новой глобальной U (1) -симметрии.

Лагранжиан КХД может содержать так называемый θ -член, пропорциональный произведению напряжённостей глюонного поля и некоторой безразмерной константе θ . Этот член не нарушает перенормируемость КХД, однако нарушает CP -инвариантность, чего в действительности не наблюдается (например, в экспериментах по поиску электрического дипольного момента нейтрона). Печчеи и Квинн обнаружили, что если предположить наличие у лагранжиана КХД вышеуказанной глобальной U (1) -симметрии, соответствующей кварковых полей, то из-за (англ.) ( в дивергенции аксиального тока это приводит к возникновению в эффективном лагранжиане дополнительного члена, имеющего ту же структуру, что и θ -член. Постоянный множитель θ′ в нём безразмерен и пропорционален углу поворота кварковых полей. Для случая, когда все фермионы КХД (то есть кварки ) обладают нулевыми массами, все процессы происходят одинаковым образом при любом значении фазы θ′ — поворот всех полей в дополнительном пространстве симметрии U (1) оператором exp( i θ′) на угол θ′ не приводит к экспериментально наблюдаемым последствиям. Это можно описать как существование бесконечного числа вырожденных вакуумов , отличающихся только значением θ′ . Однако при появлении у кварков массы, вызываемого тем или иным динамическим механизмом (в частности, механизмом Хиггса ) дополнительный член становится таким, чтобы в результирующем лагранжиане в точности скомпенсировать θ -член (то есть фаза θ эффективно становится равной нулю). Таким образом, выбор CP -сохраняющего значения θ = 0 происходит динамически, как следствие принципа минимального действия , а не случайно.

Существование глобальной симметрии Печчеи — Квинн U (1) _PQ приводит к возможности её спонтанного нарушения , в результате которого должен с необходимостью появляться (псевдо) голдстоуновский бозон . Частица, которая должна появляться в результате нарушения U (1) _PQ , получила название аксион . Она предсказана в 1978 году независимо Фрэнком Вильчеком и Стивеном Вайнбергом . На 2020 год аксионы остаются гипотетическими, экспериментально не наблюдавшимися частицами, однако они являются одним из наиболее предпочтительных решений проблемы тёмной материи , и их поиску посвящены сотни экспериментальных работ.

Примечания

Ссылки

• Peccei R. D., Quinn H. R. CP Conservation in the Presence of Pseudoparticles (англ.) // Physical Review Letters. — 1977. — Vol. 38. — P. 1440—1443. — ISSN . — doi : . — Bibcode : . [ ]
• Peccei R. D., Quinn H. R. Constraints imposed by CP conservation in the presence of pseudoparticles // Physical Review D. — 1977. — Vol. 16. — P. 1791—1797. — ISSN . — doi : . — Bibcode : . [ ]
• Высоцкий М. И. Аксион // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров . — М. : Советская энциклопедия , 1988. — Т. 1: Ааронова — Бома эффект — Длинные линии. — С. 36—37. — 707 с. — 100 000 экз.