[科普中國]-卡比博-小林-益川矩陣

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，它表征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和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(jīng)常用來解釋宇宙重子數(shù)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）。

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，它表征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和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(jīng)常用來解釋宇宙重子數(shù)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

內(nèi)容歷史早期的粒子物理模型包涵三種夸克—上夸克、下夸克和奇異夸克。在研究強子的弱衰變中，人們發(fā)現(xiàn)奇異數(shù)守恒的過程要比不守恒的過程進行得快約20倍。為解釋此現(xiàn)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(shù)）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于此角的余弦（cosθc）和正弦（sinθc）。實驗上sinθc約為0.23。

1973年，在一篇發(fā)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(fā)現(xiàn)雖然一般的三維幺正矩陣有九個實參數(shù)，但是只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(shù)的位相中而不為觀測。四個物理參數(shù)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(shù)的微觀物理起源是粒子物理理論研究的重大課題之一。1

參數(shù)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(shù)化下，它可以由三個混合角（θ12，θ13，θ23）和一個相位（δ）表示為

其中（u，c，t）和（d，s，b）分別代表三代頂類型（上、粲、頂）和底類型（下、奇異、底）夸克，c12，s12等是cosθ12，sinθ12等的簡寫。1

參數(shù)測量CKM矩陣元實驗測定和最新數(shù)據(jù)的詳細資料，可參閱粒子數(shù)據(jù)組的網(wǎng)頁和出版物

沃爾芬斯坦參數(shù)：

和雅爾斯廓格不變量：

與重子生成的關系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(shù)不守恒，C和CP對稱性不守恒）之一，因此CKM矩陣在粒子宇宙學中有著重要應用。但是現(xiàn)在公認的結論是實驗測量到CP破壞的數(shù)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

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

程鵬 - 副教授 - 西南大學