--- title: "第三代夸克怎样给 CP 破坏留出空间" description: "夸克从两代变成三代，为什么就能出现新的 CP 破坏？" canonical_url: "https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/kobayashi-maskawa-generations/" language: "zh-CN" page_type: "story" alternate_languages: en: "https://sandboxphysics.com/stories/particle-evidence/kobayashi-maskawa-generations/" last_modified: "2026-10-24" --- [检验物质遵守的规则](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/#symmetries) 粒子 · 实验 · 发现 # 第三代夸克怎样给 CP 破坏留出空间 夸克从两代变成三代，为什么就能出现新的 CP 破坏？ Sandbox Physics · 2026-10-24 诺奖贡献：2008-2 1. 从 K 介子 CP 结果出发 2. 让弱衰变混合夸克种类 3. 去掉不能观测的相位约定 4. 三代情况下保留物理相位 六夸克结论是在特定弱作用框架中容许 CP 破坏的方案；实际是否破坏，还取决于质量与混合参数。 ## K 介子的结果需要一个理论位置 1964 年的 CP 破坏发现说明，弱过程会区别物质与镜像变换后的反物质。1973 年，小林诚与益川敏英追问，怎样把这种差别放进正在形成的可重整化弱作用理论？夸克从两代扩展到三代，便可以留下一个具有可观测后果的复相位。那时，六种夸克还没有全部被发现。 CP 同时把粒子换成反粒子，再翻转空间方向。如果理论遵守 CP，对应过程应有相同概率。K 介子实验已经找到失配，接下来的问题是，这个差别能藏在理论哪一处，又怎样用共同规则解释多种衰变。 来源：[2] [1] ## 弱衰变会把夸克种类混在一起 夸克有不同种类，专业上叫味，例如上、下、奇。每代各有一种上型与一种下型夸克。带电弱作用可以把上型变成下型，却不总是一对一寻找固定伙伴；它耦合的是几种下型夸克的量子混合。混合矩阵就把这些可能路线的振幅排成一张表。 振幅是决定量子概率的量。几条路线通往同一末态时，振幅会干涉，彼此增强还是抵消，取决于相对相位。不过，一些相位只是数学描述中的命名约定，可以重新选择夸克场的相位而消掉。要谈物理效应，先得排除这些任意约定。 两代夸克时，矩阵中的复相位都可以这样去掉，只留一个实混合角。在这个最简框架里，矩阵提供不了 CP 破坏。三代情况却不同，去掉约定之后，还能剩下一个真正影响物理的相位。 来源：[2] ## 留下的相位怎样改变衰变图案 物理相位留下来，还不保证每种衰变都明显不对称。具体过程要有适当的竞争振幅，振幅大小、其他相位和夸克质量也都会影响结果。即使有三代，某些特殊参数仍可以没有 CP 破坏。小林与益川找到的是容纳这一效应的结构。 中性介子提供一种好用的比较。粒子可以直接衰变到某末态，也可以先混合成反粒子，再抵达同一末态，两条路线能够干涉。标记初始种类，比较随时间变化的衰变分布，便能读出混合参数的组合。抽象相位由此落到真实曲线上。 这套描述后来称为卡比博—小林—益川混合，简称 CKM。卡比博更早的混合角是其中一部分历史基础。第三代增加的结构，让同一弱作用框架有了保留 CP 破坏相位的空间。 相位要通过路线比较才起作用。给某个孤立振幅统一换相位，就像把所有钟的零点一起改掉，时间间隔并不改变。几条通往同一结果的振幅之间，若相对相位改变，干涉图案却会跟着变。 重新定义夸克场，先去掉的是这些任意约定。CKM 中保留下来的相位，可以进入真正可比的相对关系。看似抽象的参数计数，因此能连到粒子与反粒子的衰变差别。 来源：[2] [3] [4] ## B 工厂把检验带到另一类介子 2001 年，SLAC 的 BABAR 与 KEK 的 Belle 分别报告中性 B 介子衰变中的 CP 破坏。非对称电子—正电子对撞机产生成对 B 介子，一颗的衰变帮助标记另一颗的种类；两个衰变点的间距，又提供时间差信息。测得的时间不对称把 CKM 检验带出了 K 介子系统。 两个合作组使用独立探测器与样本，早期中心值并不一样，统计误差也还较大，但都确立了这一效应。后续更多测量再把三代图景检验得更细。 小林与益川因对称性破缺起源、并预言至少三代夸克的理论贡献，分享 2008 年诺奖的一半。核心区别可以说得很直白：有些相位换个写法就没了，有些相位会改变干涉图案。第三代让后一种可能留下来。 来源：[2] [3] [4] ## 来源与阅读说明 1. [Christenson, Cronin, Fitch and Turlay, Evidence for the Two-Pion Decay of the Neutral K Meson (1964)](https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.13.138) 原实验在以长寿命中性 K 介子为主的束流中，识别稀少的双 π 衰变。 2. [Kobayashi and Maskawa, CP-Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction (1973)](https://doi.org/10.1143/PTP.49.652) 比较两代情形与六夸克方案，理解后者保留下来的复相位。 3. [BABAR Collaboration, Observation of CP Violation in the Neutral B Meson System (2001)](https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.091801) 中性 B 衰变的时间不对称检验夸克混合对 CP 破坏的解释。 4. [Belle Collaboration, Observation of Large CP Violation in the Neutral B Meson System (2001)](https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.091802) Belle 独立测量中，通过标记另一颗 B 介子，比较衰变时间分布。 ## 顺着问题继续读 [一次稀少的 K 介子衰变怎样打破 CP 对称](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/cronin-fitch-kaon-cp/) [规律对称，最低能量状态却可以选边](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/nambu-spontaneous-symmetry/) [粒子、探测器与物质的规则](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/) [对称性怎样帮我们认识粒子](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/wigner-symmetry-principles/) [吴健雄的钴实验怎样分出了镜像](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/wu-parity-experiment/) [一次稀少的 K 介子衰变怎样打破 CP 对称](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/cronin-fitch-kaon-cp/) [夸克怎样整理越来越多的粒子](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/gell-mann-quark-classification/) [电子怎样撞见质子里的小成分](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/slac-deep-inelastic-scattering/) [为什么猛烈碰撞里的夸克近乎自由](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/qcd-asymptotic-freedom/) [电磁作用与弱衰变怎样走到同一理论中](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/electroweak-unification/) [W 与 Z 怎样从碰撞碎片中显现](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/ua1-ua2-w-z/) [量子修正怎样让电弱理论接受精密检验](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/electroweak-quantum-corrections/) [规律对称，最低能量状态却可以选边](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/nambu-spontaneous-symmetry/) [两种质量峰怎样把希格斯场带到眼前](https://sandboxphysics.com/zh/stories/particle-evidence/higgs-discovery-mass/)