在物理學(xué)中，對稱性是指在某些變換下，物理定律或者物理系統(tǒng)不發(fā)生改變的性質(zhì)。例如，如果我們把一個圓形的桌子旋轉(zhuǎn)任意角度，它仍然是一個圓形的桌子，這就是旋轉(zhuǎn)對稱性。在粒子物理學(xué)中，有一些重要的對稱性：電荷對稱性（C），宇稱對稱性（P）和時間反演對稱性（T）。

電荷對稱性指的是，如果我們把一個帶電荷的粒子換成它的反粒子（即電荷相反，其他性質(zhì)相同的粒子），那么物理定律不變。例如，如果我們把一個電子換成一個正電子（電子的反粒子），它們在電磁場中受到的力仍然相同，只是方向相反。

宇稱對稱性指的是，如果我們把一個物理系統(tǒng)的空間坐標倒置（即做一個鏡像反射），那么物理定律不變。時間反演對稱性指的是，如果我們把一個物理系統(tǒng)的時間方向倒轉(zhuǎn)（即讓時間倒流），那么物理定律不變。www.ws46.com

CP對稱性是指電荷對稱性和宇稱對稱性的乘積，也就是說，如果我們同時把一個帶電荷的粒子換成它的反粒子，并且把它的空間坐標倒置，那么物理定律不變。CP對稱性可以看作是物質(zhì)與反物質(zhì)之間的對稱性。

CP對稱性為什么會被破壞？

在1950年代時，人們發(fā)現(xiàn)宇稱對稱性被弱相互作用所破壞。也就是說，在一些弱相互作用中，鏡像系統(tǒng)里的反應(yīng)概率比原來的反應(yīng)概率低。這個發(fā)現(xiàn)震驚了物理學(xué)界，因為之前人們認為所有的基本力都是宇稱守恒的。

在宇稱對稱性被發(fā)現(xiàn)破壞后不久，物理學(xué)家就提出了CP對稱性來彌補這個破壞。他們認為，在弱相互作用中，雖然鏡像系統(tǒng)里的反應(yīng)概率不同，但是如果同時考慮反粒子共軛運算，那么CP對稱性仍然成立。也就是說，在弱相互作用中，物質(zhì)與反物質(zhì)之間仍然存在一種平衡。

然而，在1964年，詹姆斯·克羅寧和瓦爾·菲奇在一個中性K介子的衰變實驗中發(fā)現(xiàn)了CP對稱性的破壞。他們發(fā)現(xiàn)，中性K介子可以通過兩種方式衰變，一種是衰變成兩個π介子，另一種是衰變成三個π介子。他們發(fā)現(xiàn)，這兩種衰變方式的概率并不相等，而且與CP對稱性的預(yù)測不符。這意味著，在弱相互作用中，物質(zhì)與反物質(zhì)之間的平衡被微小地打破了。為此，他們于1980年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

CP對稱性違反有什么意義？

CP對稱性違反的發(fā)現(xiàn)對粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)都有重要的意義。在粒子物理學(xué)中，CP對稱性違反揭示了基本力和基本粒子之間的新的關(guān)系，促進了標準模型的發(fā)展。在標準模型中，CP對稱性違反可以通過在CKM矩陣（一種描述夸克之間弱相互作用的矩陣）中加入一個復(fù)數(shù)項來實現(xiàn)。這個復(fù)數(shù)項的引入則表明至少有三代夸克。而且，CP對稱性違反也為尋找標準模型之外的新物理提供了線索，因為標準模型中的CP對稱性違反還不能完全解釋實驗觀測到的現(xiàn)象。

在宇宙學(xué)中，CP對稱性違反為解釋宇宙中物質(zhì)與反物質(zhì)不平衡的問題提供了一個可能的機制。這個問題是指，在宇宙大爆炸后，為什么宇宙中物質(zhì)的數(shù)量超過了反物質(zhì)的數(shù)量，而不是兩者大致相等或者相互抵消。如果沒有CP對稱性違反，那么大爆炸應(yīng)該產(chǎn)生同樣多的物質(zhì)和反物質(zhì)，而我們今天看到的宇宙將只有光子而沒有物質(zhì)。通過一系列合理的假設(shè)，宇宙學(xué)家可以顯示，在大爆炸后數(shù)秒內(nèi)的極端條件下，由于CP對稱性違反所導(dǎo)致的不對稱可以產(chǎn)生現(xiàn)在觀察到的物質(zhì)與反物質(zhì)比。