Vi phạm cp là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Vi phạm CP là hiện tượng các định luật vật lý không còn bất biến khi thực hiện đồng thời phép hoán đổi điện tích và phản chiếu không gian lên hệ lượng tử Nó xuất hiện tự nhiên trong tương tác yếu và đóng vai trò then chốt trong lý thuyết về bất đối xứng vật chất–phản vật chất trong vũ trụ hiện đại

Định nghĩa vi phạm CP

Vi phạm CP (Charge–Parity violation) là hiện tượng vật lý trong đó các định luật không còn giữ nguyên khi đồng thời áp dụng hai phép biến đổi: nghịch đảo điện tích (C – charge conjugation) và phản chiếu gương (P – parity). Trong hệ tuân theo CP, hành vi của một phản hạt trong gương sẽ giống hệt hạt gốc trong không gian thật. Tuy nhiên, đã có những quan sát cho thấy điều này không đúng với một số tương tác nhất định.

Hiện tượng vi phạm CP cho thấy vũ trụ có thể phân biệt được giữa vật chất và phản vật chất. Điều này đặc biệt quan trọng trong vũ trụ học vì nó có thể giải thích sự chênh lệch vật chất–phản vật chất quan sát được ngày nay. Nếu CP luôn được bảo toàn, vật chất và phản vật chất sinh ra từ Big Bang phải tồn tại cân bằng và triệt tiêu nhau hoàn toàn.

Vi phạm CP là một trong ba điều kiện cần thiết cho baryogenesis, được đưa ra bởi Andrei Sakharov. Các điều kiện bao gồm:

  • Vi phạm baryon
  • Vi phạm CP
  • Quá trình xảy ra ngoài trạng thái cân bằng nhiệt

Phép biến đổi C, P và CP trong cơ học lượng tử

Trong ngôn ngữ lý thuyết trường lượng tử, C là phép chuyển hạt thành phản hạt, P là phép phản chiếu không gian, còn CP là tổ hợp cả hai. Mỗi phép biến đổi được biểu diễn bởi một toán tử tuyến tính tác động lên trường lượng tử hoặc trạng thái lượng tử. Nếu lý thuyết là bất biến dưới phép CP, thì các quá trình vật lý phải giống nhau khi thay thế hạt bằng phản hạt và phản chiếu không gian.

Ví dụ, đối với trường Dirac mô tả fermion spin-1/2, phép CP có tác động như sau:

ψ(x)CPiγ2ψ(x) \psi(x) \xrightarrow{CP} i \gamma^2 \psi^*(-x)

Trong mô hình chuẩn, phép CP được bảo toàn bởi điện động lực học (QED) và tương tác mạnh (QCD) trong điều kiện không có pha θ. Tuy nhiên, tương tác yếu – tương tác chi phối phân rã beta và các quá trình hạ nguyên tử – cho phép xuất hiện vi phạm CP một cách tự nhiên, đặc biệt qua trộn trạng thái giữa các thế hệ quark.

Bảng sau tổng kết tác động của các phép biến đổi lên một số đại lượng vật lý:

Đại lượng Biến đổi C Biến đổi P Biến đổi CP
Điện tích q q q -q q q q -q
Động lượng p \vec{p} p \vec{p} p -\vec{p} p -\vec{p}
Spin S \vec{S} S \vec{S} S \vec{S} S \vec{S}
Trường điện E \vec{E} E -\vec{E} E -\vec{E} E \vec{E}

Lịch sử phát hiện vi phạm CP

Trước năm 1964, giới vật lý tin rằng các định luật tự nhiên đều bất biến dưới CP. Tuy nhiên, một thí nghiệm đột phá do James Cronin và Val Fitch thực hiện tại Brookhaven National Laboratory đã chỉ ra rằng meson K0 (kaon trung hòa) có thể phân rã theo cách vi phạm CP. Cụ thể, phân rã của trạng thái dài sống KL K_L thành hai pion (một trạng thái có parity xác định) là bằng chứng rõ ràng rằng CP không còn bảo toàn.

Khám phá này dẫn đến sự thay đổi lớn trong hiểu biết về đối xứng cơ bản của tự nhiên. Cronin và Fitch nhận giải Nobel Vật lý năm 1980 cho phát hiện này. Sau đó, vi phạm CP tiếp tục được xác nhận trong hệ meson B và D tại các thí nghiệm tiên tiến như BaBar (Mỹ), Belle (Nhật Bản), và LHCb (CERN).

Tham khảo bài báo gốc: Phys. Rev. Lett. 13, 138 (1964)

Vi phạm CP trong mô hình chuẩn

Mô hình chuẩn mô tả vi phạm CP thông qua ma trận trộn quark CKM (Cabibbo–Kobayashi–Maskawa). Đây là ma trận phức 3×3 3 \times 3 mô tả xác suất chuyển đổi giữa các loại quark khi tương tác qua boson W. Trong biểu diễn chuẩn, có một pha phức không thể loại bỏ bằng biến đổi cơ sở, chính là nguồn gốc vi phạm CP trong tương tác yếu.

VCKM=(VudVusVubVcdVcsVcbVtdVtsVtb) V_{CKM} = \begin{pmatrix} V_{ud} & V_{us} & V_{ub} \\ V_{cd} & V_{cs} & V_{cb} \\ V_{td} & V_{ts} & V_{tb} \end{pmatrix}

Tham số Jarlskog J J , đặc trưng cho cường độ vi phạm CP trong CKM, được định nghĩa là:

J=Im(VusVcbVubVcs)3×105 J = \text{Im}(V_{us}V_{cb}V_{ub}^*V_{cs}^*) \approx 3 \times 10^{-5}

Giá trị nhỏ này phản ánh rằng vi phạm CP trong mô hình chuẩn là rất yếu, không đủ để giải thích sự bất cân xứng vật chất–phản vật chất của vũ trụ, dẫn đến nhu cầu nghiên cứu vật lý ngoài mô hình chuẩn.

Phân loại vi phạm CP: gián tiếp, trực tiếp và trong trộn trạng thái

Vi phạm CP được chia thành ba loại chính dựa trên cơ chế vật lý gây ra: vi phạm CP gián tiếp, trực tiếp và trong giao thoa giữa trộn và phân rã. Mỗi loại phản ánh một mức độ và bản chất khác nhau của sự phá vỡ đối xứng CP trong các hệ meson trung hòa như K0, B0, D0.

Vi phạm CP gián tiếp xảy ra do sự không đồng nhất giữa trạng thái khối lượng (eigenstate) và trạng thái CP thuần khiết. Ví dụ: trạng thái dài sống KL K_L của hệ K0–K̄0 không hoàn toàn là trạng thái CP = -1, dẫn đến phân rã thành hai pion – trạng thái CP = +1.

Vi phạm CP trực tiếp liên quan đến sự khác biệt trong biên độ phân rã: tỉ lệ phân rã của hạt và phản hạt khác nhau trong cùng một kênh. Cuối cùng, dạng vi phạm CP do giao thoa giữa trộn và phân rã xảy ra trong hệ có dao động hạt – phản hạt, ví dụ B0–B̄0.

  • Gián tiếp: xuất hiện trong trộn trạng thái, phản ánh qua hệ số ε
  • Trực tiếp: xuất hiện trong phân rã, đo bằng ε′/ε
  • Giao thoa trộn – phân rã: đặc trưng bởi biên độ phân rã phụ thuộc thời gian

Vi phạm CP trong hệ meson B và các thí nghiệm liên quan

Sau kaon, hệ meson B là nền tảng tiếp theo để nghiên cứu vi phạm CP với độ chính xác cao hơn. Các thí nghiệm như BaBar (SLAC, Mỹ), Belle (KEK, Nhật Bản), và LHCb (CERN, Thụy Sĩ) đã quan sát các phân rã B0 → J/ψ KS để đo góc pha CP trong tam giác unitarity của ma trận CKM.

Phép đo sự bất đối xứng thời gian trong phân rã B0 và B̄0 theo thời gian cho phép rút ra hệ số sin2β – một trong ba góc của tam giác unitarity. Kết quả cho thấy giá trị phù hợp với tiên đoán mô hình chuẩn, nhưng vẫn để lại chỗ trống cho sai lệch nhỏ, có thể là dấu hiệu vật lý mới.

Bảng dữ liệu tiêu biểu từ thí nghiệm Belle:

Kênh phân rã Bất đối xứng CP Giá trị đo được
B0 → J/ψ KS sin2β 0.691 ± 0.017
B0 → π+π CP trực tiếp -0.38 ± 0.06
Bs0 → J/ψ ϕ CP pha φs 0.01 ± 0.06

Tham khảo: Nature – CP Violation in B Meson Decay

Mô hình chuẩn không đủ để giải thích bất đối xứng vật chất – phản vật chất

Mặc dù mô hình chuẩn bao gồm cơ chế vi phạm CP thông qua pha CKM, nhưng cường độ vi phạm này là quá nhỏ để giải thích mức độ bất đối xứng vật chất–phản vật chất trong vũ trụ ngày nay. Các mô phỏng cosmology chỉ ra rằng để tạo ra tỷ lệ baryon hiện tại, cần một nguồn vi phạm CP mạnh hơn khoảng 1010 lần.

Ba điều kiện Sakharov cho baryogenesis gồm vi phạm số baryon, vi phạm CP, và không cân bằng nhiệt. Trong mô hình chuẩn, cả ba điều kiện đều có tồn tại về mặt lý thuyết nhưng với cường độ quá yếu hoặc hiếm gặp. Điều này dẫn đến nhu cầu mở rộng mô hình chuẩn để giải thích nguồn gốc vật chất trong vũ trụ.

Vi phạm CP trong mô hình mở rộng và vật lý mới

Nhiều mô hình vượt ra ngoài mô hình chuẩn (BSM) đưa vào các cơ chế vi phạm CP mới, có thể mạnh hơn và không bị giới hạn bởi ma trận CKM. Ví dụ, trong leptogenesis, vi phạm CP xảy ra trong phân rã neutrino nặng – sinh ra bất đối xứng lepton, rồi chuyển hóa thành bất đối xứng baryon nhờ hiệu ứng sphaleron.

Mô hình tối giản siêu đối xứng (MSSM) cũng cho phép các pha CP mới từ các tham số mềm, làm xuất hiện vi phạm CP trong phân rã hạt Higgs hoặc tương tác điện từ. Một số mô hình khác như mô hình 2-Higgs-doublet (2HDM), mô hình axion, hoặc lý thuyết grand unified cũng chứa các pha vi phạm CP ngoài CKM.

Tham khảo chi tiết: Annual Review of Nuclear and Particle Science – CP Violation and Baryogenesis

Vi phạm CP trong tương tác mạnh và vấn đề θ

Tương tác mạnh cho phép một thuật ngữ vi phạm CP trong Lagrangian QCD dưới dạng:

Lθ=θgs232π2GμνaG~aμν \mathcal{L}_{\theta} = \theta \frac{g_s^2}{32\pi^2} G_{\mu\nu}^a \tilde{G}^{a\mu\nu}

Trong đó, G~aμν \tilde{G}^{a\mu\nu} là đối ngẫu của tensor trường gluon. Tuy nhiên, thí nghiệm cho thấy không tồn tại moment lưỡng cực điện của neutron lớn hơn ngưỡng cực nhỏ, dẫn đến giả thiết rằng θ1010 \theta \lesssim 10^{-10} . Đây là vấn đề CP mạnh – tại sao θ gần như bằng 0 trong khi về lý thuyết nó có thể lấy bất kỳ giá trị nào.

Một hướng giải thích là sự tồn tại của axion – một hạt giả vô hướng có thể động học hóa θ về 0 thông qua cơ chế Peccei–Quinn. Axion cũng là ứng viên cho vật chất tối và đang được tìm kiếm trong các thí nghiệm ADMX, CAST.

Tầm quan trọng của vi phạm CP trong vũ trụ học và vật lý hạt

Vi phạm CP không chỉ là một hiện tượng lượng tử hiếm mà còn là chìa khóa để giải thích một trong những bí ẩn lớn nhất của vật lý: tại sao vũ trụ chứa nhiều vật chất hơn phản vật chất. Nó kết nối thuyết lượng tử với vũ trụ học, đặt nền móng cho việc mở rộng mô hình chuẩn và thiết kế các thí nghiệm tương lai.

Vi phạm CP là mục tiêu nghiên cứu chính tại nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới: LHCb (CERN), Belle II (Nhật), DUNE (Mỹ), và các tìm kiếm EDM. Mỗi phép đo mới có thể làm sáng tỏ cơ chế tạo nên bất đối xứng vật chất và đưa ta tiến gần hơn đến lý thuyết thống nhất tự nhiên của các lực cơ bản.

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề vi phạm cp:

Hệ Vi sinh Đường ruột Điều chỉnh Hiệu quả Miễn dịch Kháng Ung thư của Cyclophosphamide Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 342 Số 6161 - Trang 971-976 - 2013
Vi sinh vật đường ruột đóng vai trò trong điều trị hiệu quả Vi sinh vật đường ruột đã được xác định là có liên quan đến sự phát triển của một số loại ung thư, chẳng hạn như ung thư đại trực tràng, nhưng - vì vai trò quan trọng của cư dân đường ruột trong việc trao đổi chất - chúng cũng có thể điều chỉnh hiệu quả của một số phương pháp điều trị ung thư. ...... hiện toàn bộ
#Vi sinh vật đường ruột #miễn dịch #ung thư #cyclophosphamide #oxaliplatin #phản ứng miễn dịch thích nghi #liệu pháp miễn dịch #hóa trị liệu #CpG oligonucleotides #khối u
Leptogenesis cộng hưởng tại quy mô TeV và sự phân rã beta đôi không có neutrino Dịch bởi AI
Journal of High Energy Physics - - 2019
Abstract Chúng tôi nghiên cứu một kịch bản leptogenesis cộng hưởng thông qua các neutrino tay phải gần bằng nhau có khối lượng ở quy mô TeV. Đặc biệt, chúng tôi xem xét trường hợp khi hai neutrino tay phải chịu trách nhiệm cho leptogenesis và cơ chế seesaw cho khối lượng neutrino hoạt động, đồng thời giả định rằng sự vi phạm ...... hiện toàn bộ
#leptogenesis #neutrino tay phải #vi phạm CP #cơ chế seesaw #đối xứng baryon #phân rã beta đôi không có neutrino
Mẫu hình của sự vi phạm C và CP trong sự phân rã ba thân hadronic η và η′ Dịch bởi AI
Journal of High Energy Physics - Tập 2022 Số 2
Tóm tắtChúng tôi xây dựng các biên độ hadronic cho sự phân rã ba thân η′ → π+π−π0 và η′ → ηπ+π− theo cách không suy perturb, cho phép có sự bất đối xứng vi phạm C và CP trong các phân bố π+π−. Các biên độ này nhất quán với các ràng buộc về phân tích và đơn vị. Chúng tôi tìm thấy rằng các phân bố Dalitz hiện tại chính xác nhất được lấy bởi các hợp tác KLOE-2 và BESI...... hiện toàn bộ
Hoàn thiện các quy định pháp luật về xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực đất đai nhìn từ Nghị định 91/2019/NĐ-CP
Tạp chí Khoa học Xã hội và Nhân văn - Tập 6 Số 6 - Trang 666-675 - 2021
Xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực đất đai là hoạt động của các cơ quan có thẩm quyền nhằm xác định hành vi vi phạm hành chính để áp dụng các hình thức xử phạt và các biện pháp cưỡng chế khác do pháp luật quy định đối với cá nhân, tổ chức thực hiện hành vi vi phạm pháp luật hành chính. Bài viết tập trung phân tích những điểm tiến bộ, hạn chế trong quy định xử phạt vi phạm hành chính trong ...... hiện toàn bộ
#xử phạt hành chính #đất đai #quản lý nhà nước về đất đai.
Hiệu quả phòng trừ sinh học bệnh hoại tử gan tụy cấp tính (AHPND) gây ra bởi Vibrio parahaemolyticus NT2.5 trên tôm thẻ từ in vitro tới quy mô nuôi thương phẩm của chế phẩm vi sinh CPVS 01 và CPVS 02
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy Sản, Trường Đại học Nha Trang - Số 04 - Trang 066-074 - 2019
    Trong nghiên cứu này, bằng phương pháp khuếch tán giếng thạch, chúng tôi sàng lọc được chủng Bacillus polyfermenticus F27 đối kháng Vibrio parahaemolyticus NT2.5, với đường kính lớn nhất là 18,50 mm. B. polyfermenticus F27 được chứng minh có khả năng kiểm soát sinh học V. parahaemolyticus NT2.5 khi thử nghiệm nuôi tôm trong thùng 25 lít, mật độ 106 và 107 CFU/ mL giúp tôm đạt tỷ...... hiện toàn bộ
#bệnh hoại tử gan tụy cấp tính #tôm thẻ chân trắng #Vibrio parahaemolyticus NT2.5 #chế phẩm sinh học #Bacillus polyfermenticus F27
Cấu trúc hương vị lepton tối thiểu dẫn đến sự trộn lẫn không tối đa 2-3 Dịch bởi AI
Journal of High Energy Physics - - 2013
Dữ liệu hiện tại ủng hộ sự trộn lẫn 2-3 lớn nhưng không tối đa trong miền lepton. Chúng tôi lập luận rằng giá trị này, liên quan đến sinθ_13 ≃ 0.15, là kết quả chung của các cấu trúc hương vị tối thiểu. Chúng tôi trình bày một số hiện thân khác nhau của tuyên bố này, dưới dạng ma trận khối lượng lepton phụ thuộc vào một số lượng nhỏ tham số, có thể được giải thích bằng các triệu chứng hương vị rời...... hiện toàn bộ
#lepton #trộn lẫn #cấu trúc hương vị #ma trận khối lượng #triệu chứng hương vị #neutrino #pha vi phạm CP
Ý nghĩa của sự vi phạm CP trong các quá trình phân rã hyperon Dịch bởi AI
Astrophysics and Space Science - Tập 187 - Trang 319-328 - 1992
Trong cộng đồng khoa học, người ta thường tin rằng phản ứng duy nhất được biết đến mà sự vi phạm CP chắc chắn xảy ra là trong quá trình phân rã của meson trung hòa lâu bền K: Kₗ → π⁺π⁻, Kₗ → π⁰π⁰ và Kₗ → e⁺π⁻ (Christenson et al., 1964: Sivaram, 1982). Đã rất lâu rồi không có nỗ lực nào được thực hiện để nghiên cứu sự vi phạm CP bên ngoài hệ thống K. Gần đây, đã có báo cáo về các hiệu ứng vi phạm C...... hiện toàn bộ
#vi phạm CP #phân rã hyperon #tia vũ trụ #bất đối xứng #meson K
Thứ bậc khối lượng neutrino và sự vi phạm CP trong thí nghiệm neutrino đường dài Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - Tập 53 - Trang 727-733 - 2013
Chúng tôi thảo luận về sự vi phạm CP trong các thí nghiệm dao động neutrino đường dài. Việc đo trực tiếp sự vi phạm CP là sự khác biệt của xác suất chuyển tiếp giữa các kênh đồng hành CP. Dấu hiệu của Δ 31 hiện chưa được xác định, chúng tôi giả định hai điều kiện thứ bậc khối lượng, bình thường (Δ 31>0) và đảo ngược (Δ 31<0). Trong bài báo này, chúng...... hiện toàn bộ
#vi phạm CP #thí nghiệm neutrino #khối lượng neutrino #dao động neutrino #khoảng cách đường dài
Cách tiếp cận MCDA-DEA để xây dựng một chỉ số tổng hợp cho nước thải từ các nhà máy xử lý nước thải với việc xem xét ảnh hưởng của các sản phẩm dược phẩm và chăm sóc cá nhân (PPCPs) Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - Tập 30 - Trang 47234-47247 - 2023
Xét về tình hình nước hiện tại, việc tái sử dụng là giải pháp hiệu quả để đáp ứng nhu cầu nước và giảm áp lực lên các nguồn nước truyền thống. Tuy nhiên, các sản phẩm dược phẩm và chăm sóc cá nhân (PPCPs) trong nước thải từ các nhà máy xử lý nước thải (WWTPs) làm giảm chất lượng và tính phù hợp của chúng. Với mục tiêu xác định và theo dõi cả ảnh hưởng của PPCPs và tính phù hợp của nước thải để tái...... hiện toàn bộ
#tái sử dụng nước #sản phẩm dược phẩm và chăm sóc cá nhân (PPCPs) #xử lý nước thải #chỉ số tổng hợp #mô hình MCDA-DEA
1247 Hoogervorst Đầu Tư 130 Triệu Euro Vào Viện Nghiên Cứu Dược Phẩm Hàng Đầu, Nhưng Cpb Cho Rằng Đó Là Quá Nhiều Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - Tập 4 - Trang 132-133 - 2005
Bộ trưởng Hoogervorst sẽ đầu tư 130 triệu euro trong bốn năm tới vào một viện nghiên cứu dược phẩm sẽ được thành lập. Các trường đại học và ngành công nghiệp cần phải hợp tác trong viện này để cùng nghiên cứu các loại thuốc mới.
#đầu tư #nghiên cứu dược phẩm #thuốc mới #hợp tác ngành đại học và công nghiệp
Tổng số: 24   
  • 1
  • 2
  • 3