Сильное взаимодействие

Сильное ядерное взаимодействие

Сильное ядерное взаимодействие, притягивающее и отталкивающее кварки и глюоны (но не электроны) работает совсем по-другому. На расстояниях, которые мы обсуждали в случае слабого ядерного взаимодействия — 3 × 10-18 метра — сильное ядерное взаимодействие гораздо сильнее как слабого, так и электромагнитного:

Это не особенно сильно; это примерно в десять раз слабее по-настоящему сильного взаимодействия, и всего в десять раз сильнее электромагнетизма. На самом деле, хотя на макроскопических расстояниях они и сильно отличаются, но сильное ядерное, слабое ядерное и электромагнитное взаимодействие отличаются друг от друга всего примерно в 10 раз на расстояниях меньших, чем 3 × 10-18 м. Это удивительно, и, вероятно, не случайно. Оттуда и до идеи “” трёх этих сил шаг совсем небольшой – есть мнение, что на гораздо меньших расстояниях все три взаимодействия обладают одной силой, и становятся частями более универсального взаимодействия.

Но на больших расстояниях сильное ядерное взаимодействие постепенно становится относительно сильным. И опять-таки напоминаю, что мы имеем в виду под «слабым» и «сильным»; взаимодействие становится слабее в абсолютном выражении при увеличении r, но по сравнению, допустим, с электромагнитным взаимодействием на той же дистанции оно становится сильнее.

Это весьма сильно! А к тому времени, как r достигает 10-15 м, радиуса протона, αсильное становится больше 1 и его уже нельзя определить уникальным образом.

Короче, сильное ядерное взаимодействие, которое на расстояниях гораздо меньших радиуса протона демонстрирует умеренную силу, растёт (в относительном понимании) при увеличении расстояний, и становится реально сильным на расстоянии в 10-15 м (это показано на рис. 2). Именно это на самом деле сильное взаимодействие создаёт протон и нейтрон, и остаточный эффект этого взаимодействия комбинирует эти объекты в ядро атома. Другие важные эффекты от усиления этого взаимодействия – преобразование высокоэнергетических кварков и глюонов в .

Почему же сильное взаимодействие постепенно растёт при увеличении r? Это я расскажу как-нибудь в другой раз, но по сути, это очень тонкий эффект, возникающий из-за возмущений (виртуальных частиц) в полях кварков и глюонов, на которые воздействует сильное взаимодействие. Такие же эффекты влияют на слабое и электромагнитное взаимодействие, но уже не так сильно, поэтому я его раньше и не упоминал. К примеру, на расстоянии в 3 × 10-18 м электромагнитное α становится ближе к 1/128, чем к его значению для больших расстояний, равное 1/137.

Учитывая силу сильного ядерного взаимодействия, почему же мы не сталкиваемся с ним в повседневной жизни? Это связано с тонкостями того, каким образом оно так плотно упаковывает кварки, глюоны и антикварки в протоны и нейтроны, что мы никогда не наблюдаем их отдельно. Всё это сильно отличается от того, как слабое электромагнитное взаимодействие позволяет электронам легко убегать из атомов, допуская такие явления, как статическое электричество (куда входят и молнии) и электрический ток (в том числе и по проводам).

Сильные взаимодействия в КХД

В 1970-х годах была построена микроскопическая теория сильного взаимодействия кварков, которая получила название квантовая хромодинамика (КХД). Она строится следующим образом.

Постулируется, что каждый кварк обладает новым внутренним квантовым числом, условно называемым цветом. Более точно, в дополнение к уже имеющимся степеням свободы, кварку приписывается и определённый вектор состояния в комплексном трёхмерном цветовом пространстве. В духе калибровочного подхода, накладывается требование инвариантности наблюдаемых свойств нашего мира относительно унитарных вращений в цветовом пространстве кварков, то есть относительно элементов группы SU(3). (Таким образом, КХД является теорией Янга — Миллса.) Возникающее при этом калибровочное поле и описывает взаимодействие кварков.
Это поле удаётся проквантовать; его кванты называются глюонами.

Поскольку каждый тип глюонов задаёт определённый вид вращения в цветовом пространстве, количество независимых глюонных полей равно размерности группы SU(3), то есть восьми. Однако все глюоны взаимодействуют со всеми кварками с одинаковой силой. По аналогии с электродинамикой, где «мощность» взаимодействия характеризуется постоянной тонкой структуры α, «мощность» сильного взаимодействия характеризуется единственной константой сильного взаимодействия αs{\displaystyle \alpha _{s}}.

Подчеркнём, что глюоны взаимодействуют с цветом. Из-за того, что группа SU(3) неабелева, глюоны тоже обладают цветом, а значит, могут взаимодействовать и друг с другом: в теории появляются трёхглюонные и четырёхглюонные вершины. В этом принципиальное отличие свойств КХД от КЭД, где фотон не был заряженным, поэтому сам с собой не взаимодействовал. Заметим, что из кварков и антикварков можно составить комбинации, которые обладают «нулевым» цветом, то есть бесцветные. В длинноволновом пределе такие состояния с глюонами не взаимодействуют.

Следующим важнейшим свойством КХД является антиэкранировка заряда. Групповые свойства SU(3) приводят к тому, что константа связи сильного взаимодействия αs{\displaystyle \alpha _{s}} уменьшается с уменьшением расстояния между кварками и растёт при удалении кварков друг от друга.

Первая из этих зависимостей приводит к асимптотической свободе: кварки, пролетающие на очень малых расстояниях друг от друга, можно в первом приближении считать невзаимодействующими.

Обратная сторона медали: конфайнмент (пленение) кварков. Это значит, что кварки не могут удалиться друг от друга на расстояние, заметно превышающее некоторый радиус конфайнмента (порядка 1 фм). Однако два бесцветных состояния могут удалиться друг от друга на произвольное расстояние, поскольку глюонные поля их не удерживают. В результате получается, что в реальном мире наблюдаются не свободные кварки, а их бесцветные комбинации, которые и отождествляются с адронами.

Будучи удалёнными на расстояние, превышающее радиус конфайнмента, адроны всё же могут взаимодействовать, однако уже не за счёт обмена глюонами, а за счёт обмена другими адронами. В частности, при низких энергиях наиболее сильным оказывается взаимодействие через обмен пи-мезонами (). Такое взаимодействие (которое, кстати, и удерживает нуклоны в ядрах), тоже по традиции называется сильным. Однако надо понимать, что это — «остаточное» сильное взаимодействие, аналогичное ван-дер-ваальсовому взаимодействию нейтральных атомов.

Элементарные частицы: что это такое и какие они бывают

Начнем с самого начала. Все вокруг состоит из частиц. Грубо говоря, тем, что Земля – круглая, а небо – голубое, мы обязаны тому, как разные частицы с различными свойствами взаимодействуют между собой.

Какие бывают элементарные частицы? По значению спина их делят на бозоны и фермионы. Но, конечно же, это далеко не все. Чтобы понять все многообразие частиц, вот небольшая схема с их классификацией.

Элементарных частиц насчитывается очень много. Так, стандартная модель насчитывает 61 частицу. А всего вместе с античастицами известно более 350 элементарных частиц. К тому же, ученые полагают, что существуют и неизвестные до сих пор частицы.

[править] Цветной заряд

Единственной характеристикой, определяющей, принимает частица участие в сильном взаимодействии является особое квантовое число, которое называют цветом, или цветным зарядом (это название не имеет никакого отношения к оптическому цвету). Эта характеристика может принимать 6 значений — цвет может быть красным, зеленым и синим, для кварков (иногда в этом триплете зеленый заменяется желтым), а также антикрасным, антизеленым и антисиним, для антикварков. Цветной заряд получил свое название из-за того, что он ведет себя подобно оптическому цвету в смысле смешивания: смесь красного, зеленого и синего цветов не имеет цвета, так же как и смесь соответствующих антицветов. Это приводит к одной из особенностей цветного заряда — он не наблюдается непосредственно. Все частицы, состоящие из кварков являются «белыми», то есть не имеют цвета — барионы состоят из трех кварков разного цвета, а мезоны из кварк некоторого цвета, и антикварка соответствующего антицвету.

Второй особенностью является то, что глюоны, которые являются носителями сильного взаимодействия, в отличие от, например, электромагнитного взаимодействия, кванты которого (фотоны), электрически нейтральные, имеют цветной заряд.

Цветной заряд, так же как и электрический, сохраняется. По теореме Нётер этому закону сохранения должна соответствовать некоторая симметрия. В данном случае, это симметрия SU(3) относительно поворотов в «цветовом пространстве».

См. также

  • Энергия связи
  • Цвет (квантовая хромодинамика)
  • Константа
    взаимодействия
  • Ядерная физика
  • Квантовая теория поля и Калибровочная инвариантность
  • Стандартная модель физики элементарных частиц
  • Слабое взаимодействие, Электромагнитное взаимодействие
    и Гравитация
  • Модель кварковых
    квазичастиц
  • Субстанциональная
    модель нейтрона
  • Субстанциональная
    модель протона
  • Субстанциональная модель фотона
  • Субстанциональная
    модель электрона
  • Теория бесконечной
    вложенности материи
  • Подобие
    уровней материи
  • SPФ-симметрия
  • Сильная гравитация
  • Теория гравитации
    Лесажа
  • Гравитационная модель
    сильного взаимодействия

Фундаментальные
взаимодействия

Сильное
взаимодействие
• Электромагнитное взаимодействие • Слабое взаимодействие • Гравитация

См. также[править | править код]

  • Энергия связи
  • Цвет (квантовая хромодинамика)
  • Константа взаимодействия
  • Ядерная физика
  • Квантовая теория поля и Калибровочная инвариантность
  • Стандартная модель физики элементарных частиц
  • Слабое взаимодействие, Электромагнитное взаимодействие и Гравитация
  • Модель кварковых квазичастиц
  • Субстанциональная модель нейтрона
  • Субстанциональная модель протона
  • Субстанциональная модель фотона
  • Субстанциональная модель электрона
  • Бесконечная вложенность материи
  • Подобие уровней материи
  • SPФ-симметрия
  • Сильная гравитация
  • Теория гравитации Лесажа
  • Гравитационная модель сильного взаимодействия

Напряженность поля точечного заряда

У электрического поля, создаваемого точечным зарядом, есть одна особенность — ввиду малой величины самого заряда оно очень слабо влияет на другие наэлектризованные тела. Именно поэтому такие «точки» используют для исследований.

Но прежде чем рассказать, от чего зависит напряженность электрического поля точечного заряда, рассмотрим подробнее, как взаимодействуют эти заряды.

Закон Кулона

Предположим, в вакууме есть два точечных заряженных тела, которые статично расположены на некотором расстоянии друг от друга. В зависимости от одноименности или разноименности они могут притягиваться либо отталкиваться. В любом случае на эти объекты воздействуют силы, направленные по соединяющей их прямой.

Закон Кулона

Модули сил, действующих на точечные заряды в вакууме, пропорциональны произведению данных зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними.

Силу электрического поля в конкретной точке можно найти по формуле: где q1 и q2 — модули точечных зарядов, r — расстояние между ними.

В формуле участвует коэффициент пропорциональности k, который был определен опытным путем и представляет собой постоянную величину. Он обозначает, с какой силой взаимодействуют два тела с зарядом 1 Кл, расположенные на расстоянии 1 м.

Важно!
Сила взаимодействия двух точечных зарядов остается прежней при появлении сколь угодно большого количества других зарядов в данном поле.

Учитывая все вышесказанное, напряжение электрического поля точечного заряда в некой точке, удаленной от заряда на расстояние r, можно вычислить по формуле:

Итак, мы выяснили, что называется напряженностью электрического поля и от чего зависит эта величина. Теперь посмотрим, как она изображается графическим способом.

Феноменология сильных взаимодействий адронов[править | править код]

В 1950-е годы было открыто огромное число новых элементарных частиц, большинство из которых обладали очень малым временем жизни. Все эти частицы были сильно взаимодействующими: сечения их рассеяния друг на друге были порядка сечений взаимодействия нуклонов и пионов, и заметно превышали сечения взаимодействия с электронами.

Среди этих адронов были как мезоны, так и барионы. Они обладали различными спинами и зарядами; в их распределении по массам и в предпочитаемых каналах распада проглядывалась некоторая регулярность, однако откуда она бралась — не было известно.

По аналогии с пион-нуклонным рассеянием была построена модель сильных взаимодействий этих адронов, в которой каждому типу взаимодействия, каждому типу распада соответствовала некоторая своя константа взаимодействия. Кроме того, некоторые из наблюдаемых зависимостей не удавалось объяснить, и они просто постулировались в виде «правил игры», которым подчиняются адроны (правило Цвейга, сохранение изоспина и G-чётности, и т. д.). Несмотря на то, что в целом это описание работало, оно, безусловно, было неудовлетворительно с точки зрения теории: слишком многое приходилось постулировать, большое число свободных параметров вводилось совершенно произвольно и безо всякой структуры.

В середине 1960-х годов была обнаружена SU(3) симметрия свойств адронов, и было понято, что принципиальных степеней свободы при «конструировании» адронов вовсе не так много. Эти степени свободы получили название кварков. Эксперименты, проведённые спустя несколько лет, продемонстрировали, что кварки — не просто абстрактные степени свободы адрона, а реальные частицы, составляющие адрон, которые несут его импульс, заряд, спин и т. д. Единственная проблема заключалась в том, как описать тот факт, что кварки не могут вылететь из адронов ни в каких реакциях.

Тем не менее, даже в отсутствие теоретически обоснованной динамической картины взаимодействия кварков, уже тот факт, что адроны — составные частицы, позволил объяснить многие из чисто эмпирических свойств адронов.

Поведение сильной силы


Фундаментальные связи сильного взаимодействия слева направо: глюонное излучение, глюонное расщепление и самодействие глюонов.

Слово « сильное» используется, поскольку сильное взаимодействие является «самой сильной» из четырех фундаментальных сил. На расстоянии 1  фемтометр (1  фм = 10 -15  метров) или меньше его сила примерно в 137 раз больше силы электромагнитного поля , примерно в 10 6  раз больше силы слабого взаимодействия и примерно в 10 38  раз больше силы электромагнитного поля. гравитация .

Сильное взаимодействие описывается квантовой хромодинамикой (КХД), частью стандартной модели физики элементарных частиц. Математически КХД — это неабелева калибровочная теория, основанная на локальной (калибровочной) группе симметрий, называемой SU (3) .

Частицей-носителем силы сильного взаимодействия является глюон, безмассовый калибровочный бозон . В отличие от фотона в электромагнетизме, который является нейтральным, глюон несет цветной заряд. Кварки и глюоны — единственные фундаментальные частицы, которые несут ненулевой цветной заряд, и, следовательно, они участвуют в сильных взаимодействиях только друг с другом. Сильное взаимодействие является выражением взаимодействия глюона с другими кварковыми и глюонными частицами.

Все кварки и глюоны в КХД взаимодействуют друг с другом посредством сильного взаимодействия. Сила взаимодействия параметризуется константой сильной связи . Эта сила модифицируется калибровочным цветовым зарядом частицы, что является теоретико-групповым свойством.

Между кварками действует сильная сила. В отличие от всех других сил (электромагнитной, слабой и гравитационной), сильная сила не уменьшается с увеличением расстояния между парами кварков. После достижения предельного расстояния (размером с адрон ) его сила остается около 10 000  ньютонов (Н) , независимо от того, насколько дальше расстояние между кварками. По мере того, как расстояние между кварками увеличивается, добавленная к паре энергия создает новые пары совпадающих кварков между двумя исходными; следовательно, изолировать кварки невозможно. Объяснение состоит в том, что количество работы, проделанной против силы в 10 000 ньютонов, достаточно для создания пар частица-античастица на очень коротком расстоянии от этого взаимодействия. Сама энергия, добавленная к системе, необходимая для разрыва двух кварков, создаст пару новых кварков, которые соединятся с исходными. В КХД это явление называется удержанием цвета ; в результате можно наблюдать только адроны, а не отдельные свободные кварки. Свидетельством этого явления считается провал всех экспериментов по поиску свободных кварков .

Элементарные кварковые и глюонные частицы, участвующие в столкновении при высоких энергиях, не наблюдаются напрямую. В результате взаимодействия образуются наблюдаемые струи вновь созданных адронов. Эти адроны создаются как проявление эквивалентности массы и энергии, когда в кварк-кварковую связь вкладывается достаточная энергия, например, когда кварк одного протона сталкивается с очень быстрым кварком другого протона во время эксперимента с ускорителем частиц . Однако наблюдалась кварк-глюонная плазма .

Сильные взаимодействия в высокоэнергетических реакциях[править | править код]

Имеется целый ряд высокоэнергетических процессов столкновения адронов, в которых отсутствует жёсткий масштаб, из-за чего вычисления по теории возмущений в рамках КХД перестают быть надёжными. Среди таких реакций — полные сечения столкновения адронов, упругое рассеяние адронов на небольшие углы, дифракционные процессы. С точки зрения кинематики, в таких реакциях достаточно большой является только полная энергия сталкивающихся частиц в их системе покоя, но не переданный импульс.

Начиная с 1960-х годов, основные свойства таких реакций успешно описываются феноменологическим подходом, основанным на теории Редже. В рамках этой теории, высокоэнергетическое рассеяние адронов происходит за счёт обмена некоторыми составными объектами — реджеонами. Наиболее важным реджеоном в этой теории является померон — единственный реджеон, вклад которого в сечение рассеяния не уменьшается с энергией.

В 1970-х годах оказалось, что многие свойства реджеонов можно вывести и из квантовой хромодинамики. Соответствующий подход в КХД называется подходом Балицкого — Фадина — Кураева — Липатова (БФКЛ).

Электрослабая теория

Стандартная модель физики элементарных частиц описывает электромагнитное взаимодействие и слабое взаимодействие как два различных аспектов одного взаимодействия электрослабом. Эта теория была разработана примерно в 1968 году Шелдоном Глэшоу , Абдусом Саламом и Стивеном Вайнбергом , и они были удостоены за свою работу. Механизм Хиггса объясняет наличие трех массивных калибровочных бозонов (W+, W-, Z, три переносчика слабого взаимодействия) и безмассовый фотон ( γ , переносчик электромагнитного взаимодействия).

Согласно теории электрослабого взаимодействия , при очень высоких энергиях Вселенная имеет четыре компонента поля Хиггса , взаимодействия которых переносятся четырьмя безмассовыми калибровочными бозонами, каждый из которых похож на фотон, образующих сложный скалярный дублет поля Хиггса. Точно так же есть четыре безмассовых электрослабых бозона. Однако при низких энергиях эта калибровочная симметрия спонтанно нарушается до U (1) -симметрии электромагнетизма, поскольку одно из полей Хиггса приобретает вакуумное математическое ожидание . Наивно ожидать, что нарушение симметрии приведет к появлению трех безмассовых бозонов , но вместо этого эти «лишние» три бозона Хиггса включаются в три слабых бозона, которые затем приобретают массу через механизм Хиггса . Эти три составных бозона являютсяW+, W-, и Z бозоны слабого взаимодействия. Четвертый электрослабый калибровочный бозон — это фотон электромагнетизма, который не связывается ни с одним из полей Хиггса и остается безмассовым.

Эта теория сделала ряд предсказаний, в том числе предсказание масс Z и W бозоны до их открытия и обнаружения в 1983 году.

4 июля 2012 года экспериментальные группы CMS и ATLAS на Большом адронном коллайдере независимо друг от друга объявили, что они подтвердили формальное открытие ранее неизвестного бозона с массой от 125 до 127 ГэВ / c 2 , поведение которого до сих пор «соответствовало «бозон Хиггса, добавив при этом осторожное замечание о том, что необходимы дополнительные данные и анализ, прежде чем положительно идентифицировать новый бозон как бозон Хиггса определенного типа. К 14 марта 2013 года было предварительно подтверждено существование бозона Хиггса.. В умозрительном случае, когда масштаб нарушения электрослабой симметрии был понижен, непрерывное взаимодействие SU (2) в конечном итоге стало бы ограничивающим

Альтернативные модели, в которых SU (2) становится ограничивающим над этим масштабом, кажутся количественно похожими на Стандартную модель при более низких энергиях, но кардинально отличаются от нарушения симметрии выше.

В умозрительном случае, когда масштаб нарушения электрослабой симметрии был понижен, непрерывное взаимодействие SU (2) в конечном итоге стало бы ограничивающим . Альтернативные модели, в которых SU (2) становится ограничивающим над этим масштабом, кажутся количественно похожими на Стандартную модель при более низких энергиях, но кардинально отличаются от нарушения симметрии выше.

Сила гравитации

Что насчёт гравитации? Для известных нам частиц гравитация удивительно слаба. Для двух неподвижных частиц массы m гравитация будет иметь величину

Где GN — гравитационная константа Ньютона. Сравните это с электрической силой, у которой α = ke2 / ℏ c. Роли k и e электрических сил здесь играют GN и m. Отмечу, что я использую формулу Ньютона для гравитации, но пока αгравитация мало по сравнению с 1, эйнштейновская формула притяжения двух объектов будет по сути той же.

Теперь перепишем формулу через планковскую массу MP = 1019 ГэВ/с2, или порядка массы 10 миллионов миллионов миллионов протонов, или 20 тысяч миллионов миллионов миллионов электронов. Она равна примерно одной десятой массы крупинки соли.

Так что для двух протонов массой 1 ГэВ/с2 гравитационное взаимодействие между ними будет выражаться квадратом 10-19:

Это единица, перед которой стоит 37 нулей и десятичный разделитель! А для двух электронов

Что, поскольку масса электрона примерно в 2000 раз меньше массы протона, в 4 миллиона раз слабее. Даже для пары верхних кварков, которые почти в 200 раз тяжелее протона, и масса которых наибольшая среди масс всех известных частиц, сила гравитации будет равной

Это примерно в 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз меньше электрического взаимодействия двух верхних кварков. Поэтому на рис. 2 гравитация не отображена.

Если подумать, эта удивительная слабость гравитации объясняет, почему вы (используя электрические силы, питающие ваши мускулы и удерживающие ваше тело) можете так свободно двигаться, несмотря на то, что вас притягивает целая огромная Земля. Это даже объясняет, как Земля может во столько раз превышать по размерам атом; гравитация хочет сжать Землю, но целостность атомов, чьи электрические силы сопротивляются сжатию, этому мешает. Если бы гравитационные силы были гораздо сильнее, или электрические – слабее, гравитация сжала бы Землю до гораздо меньшего размера и гораздо большей плотности.

Гравитация настолько слаба, что удивительно, что мы её вообще открыли. Почему же она стала первой известной людям силой? Потому, что это единственная сила, выживающая на очень дальних расстояниях в обычной материи.

• Слабое ядерное взаимодействие становится чрезвычайно слабым на больших расстояниях.
• Электромагнетизм выживает дольше, и хотя это взаимодействие не очень сильное, его достаточно для того, чтобы связать большую часть электронов и атомных ядер в электрически нейтральные комбинации, чьи электрически силы взаимно уничтожаются. К примеру, атом водорода не притягивает удалённый электрон, поскольку электрон в атоме водорода отталкивает его, а протон в ядре – притягивает, и две этих силы уравновешиваются.
• Сильное ядерное взаимодействие такое сильное, что связывает кварки, глюоны и антикварки в комбинации, у которых тоже проявляются похожие уравновешивающие эффекты.
• Но уравновешивать гравитацию нечем. Не существует частиц, создающих гравитационное взаимодействие, отталкивающее материю, поэтому нельзя скомбинировать две частицы так, чтобы их гравитационное воздействие на удалённые объекты уравновешивалось.

Нарушение симметрии

Левые и правые частицы : p — импульс частицы, S — ее спин

Обратите внимание на отсутствие отражающей симметрии между состояниями.. В законы природы были на протяжении долгого времени остаются неизменными при зеркальном отражении

Ожидается, что результаты эксперимента, просматриваемого через зеркало, будут идентичны результатам отдельно сконструированной зеркально отраженной копии экспериментального устройства, наблюдаемого через зеркало. Этот так называемый закон сохранения четности, как известно, соблюдается классической гравитацией , электромагнетизмом и сильным взаимодействием ; это считалось универсальным законом. Однако в середине 1950-х годов Чен-Нин Ян и Цзун-Дао Ли предположили, что слабое взаимодействие может нарушать этот закон. Чиен Шиунг Ву и его сотрудники в 1957 году обнаружили, что слабое взаимодействие нарушает четность, в результате чего Ян и Ли получили .

В законы природы были на протяжении долгого времени остаются неизменными при зеркальном отражении . Ожидается, что результаты эксперимента, просматриваемого через зеркало, будут идентичны результатам отдельно сконструированной зеркально отраженной копии экспериментального устройства, наблюдаемого через зеркало. Этот так называемый закон сохранения четности, как известно, соблюдается классической гравитацией , электромагнетизмом и сильным взаимодействием ; это считалось универсальным законом. Однако в середине 1950-х годов Чен-Нин Ян и Цзун-Дао Ли предположили, что слабое взаимодействие может нарушать этот закон. Чиен Шиунг Ву и его сотрудники в 1957 году обнаружили, что слабое взаимодействие нарушает четность, в результате чего Ян и Ли получили .

Хотя когда-то слабое взаимодействие описывалось теорией Ферми , открытие нарушения четности и теории перенормировки подсказало, что необходим новый подход. В 1957 году Роберт Маршак и Джордж Сударшан, а несколько позже Ричард Фейнман и Мюррей Гелл-Манн предложили лагранжиан V — A ( вектор минус аксиальный вектор или левосторонний) для слабых взаимодействий. В этой теории слабое взаимодействие действует только на левые частицы (и правые античастицы). Поскольку зеркальное отражение левой частицы правое, это объясняет максимальное нарушение четности. Теория V — A была разработана до открытия Z-бозона, поэтому в нее не вошли правые поля, входящие во взаимодействие с нейтральным током.

Однако эта теория позволила сохранить CP сложной симметрии . CP сочетает в себе четность P (переключение слева направо) с зарядовым сопряжением C (переключение частиц на античастицы). Физики снова были удивлены, когда в 1964 году Джеймс Кронин и Вал Фитч представили четкие доказательства того, что в распадах каонов может быть нарушена СР- симметрия, и они получили Нобелевскую премию по физике 1980 года . В 1973 году Макото Кобаяси и Тосихиде Маскава показали, что для нарушения CP- факторов в слабом взаимодействии требуется более двух поколений частиц, эффективно предсказав существование тогда еще неизвестного третьего поколения. Это открытие принесло им половину Нобелевской премии по физике 2008 года.

В отличие от нарушения четности, нарушение CP  происходит только в редких случаях. Несмотря на ограниченное распространение в нынешних условиях, широко распространено мнение, что это причина того, что во Вселенной гораздо больше материи, чем антивещества , и, таким образом, образует одно из трех условий бариогенеза, предложенных Андреем Сахаровым .