宇宙是什么

19. “夸克至少有三代”中的深层秘密

  那么，为什么如果“夸克至少有三代”就能解释CP对称性破缺呢？要想讲清楚该理论并非易事，本书在此只做简单介绍。

  这里大家需要关注的是，夸克“有二代”和“有三代”是完全不同的情况。小林-益川理论的要点不在于“夸克应该有三代”，而在于“夸克应该不止有二代，而是至少有三代”。

  可能有人认为，有二代和有三代没什么大的区别，但其实并非如此。在纸上画点来看一下的话，大家就能明白“2个点”和“3个点”的巨大差异了。如果用直线连接画在纸上的点，那么有2个点的情况下只能连接出一条直线，而有3个以上的点时，就能画出二维的“图形”了。这就是“2”和“3”的本质区别。

图4-5 为什么是3个？

  这里希望大家能意识到的是，小林-益川理论是关于粒子与反粒子的“对称性”的理论。另外，反粒子可以被看作是粒子的轴对称翻转粒子。当粒子与反粒子按对称轴翻转后，若二者完全没有区别，那么CP对称性就是守恒的，否则CP对称性就是被打破的。

  由2个点连接而成的直线，无论在哪个方向上翻转，得到的都是长度相同的直线（翻转后无区别），即对称性是守恒的。那么，三角形的情况又如何呢？如果是等腰三角形，那么即使以底边为对称轴进行翻转，也不会出现图形上的差别。不过，等腰三角形毕竟是例外的情况。当三角形的三条边长度各异时，无论以哪条边为对称轴进行翻转，翻转后的图形都会有区别。如果将翻转后的三角形再次翻转回来，那么它会与原来的三角形重合，只有让其在平面上移动才能避免两个三角形重叠。这种情况下，哪个是原来的三角形，哪个是翻转过来的三角形，也无法做区分了。

  这种情况便是CP对称性破缺。2个点的情况下，翻转后的图形不会出现区别，因此对称性不会被打破。但是，3个点却可以构建出有别于翻转前的新世界。也就是说，粒子的世界与反粒子的世界是不同的。因此，即便对称性被打破也无妨。

  前文曾介绍过，夸克能够通过放出传递弱力的弱玻色子改变自己的种类。在弱力作用下“u”和“d”互相替换，质子和中子就可以实现相互转换。实际上，这种现象并非只在同代夸克间发生。第二代的奇夸克也能变成第一代的上夸克。

  例如，底夸克衰变成下夸克有3个过程。如果用“复数”（具有长度和角度的数）表示其衰变的强度，则会得到一个三角形，物质与反物质在复数的角度上是相反的。这方面的内容已经超出科普书的范围，在此就不做深入讲解了。总之，小林-益川理论认为是否能构成“图形”是非常关键的，因此，该理论认为“夸克应该至少有三代”。