Тео́рия Печче́и — Квинн в физике элементарных частиц — самое известное решение сильной -проблемы, то есть экспериментально наблюдаемого отсутствия нарушений -инвариантности в квантовой хромодинамике (КХД). Теория предложена в 1977, её авторы — Роберто Печчеи и Хелен Квинн. Механизм Печчеи — Квинн сводится к постулированию новой глобальной -симметрии.
Лагранжиан КХД может содержать так называемый -член, пропорциональный произведению напряжённостей глюонного поля и некоторой безразмерной константе . Этот член не нарушает перенормируемость КХД, однако нарушает -инвариантность, чего в действительности не наблюдается (например, в экспериментах по поиску электрического дипольного момента нейтрона). Печчеи и Квинн обнаружили, что если предположить наличие у лагранжиана КХД вышеуказанной глобальной -симметрии, соответствующей киральным преобразованиям кварковых полей, то из-за в дивергенции аксиального тока это приводит к возникновению в эффективном лагранжиане дополнительного члена, имеющего ту же структуру, что и -член. Постоянный множитель в нём безразмерен и пропорционален углу поворота кварковых полей. Для случая, когда все фермионы КХД (то есть кварки) обладают нулевыми массами, все процессы происходят одинаковым образом при любом значении фазы — поворот всех полей в дополнительном пространстве симметрии оператором на угол не приводит к экспериментально наблюдаемым последствиям. Это можно описать как существование бесконечного числа вырожденных вакуумов, отличающихся только значением . Однако при появлении у кварков массы, вызываемого тем или иным динамическим механизмом (в частности, механизмом Хиггса) дополнительный член становится таким, чтобы в результирующем лагранжиане в точности скомпенсировать -член (то есть фаза эффективно становится равной нулю). Таким образом, выбор -сохраняющего значения происходит динамически, как следствие принципа минимального действия, а не случайно.
Существование глобальной симметрии Печчеи — Квинн приводит к возможности её спонтанного нарушения, в результате которого должен с необходимостью появляться (псевдо)голдстоуновский бозон. Частица, которая должна появляться в результате нарушения , получила название аксион. Она предсказана в 1978 году независимо Фрэнком Вильчеком и Стивеном Вайнбергом. На 2020 год аксионы остаются гипотетическими, экспериментально не наблюдавшимися частицами, однако они являются одним из наиболее предпочтительных решений проблемы тёмной материи, и их поиску посвящены сотни экспериментальных работ.
Примечания
Ссылки
Категория:Физика элементарных частиц Категория:Квантовая хромодинамика Категория:Аномалии (физика)