在20世纪，粒子物理学专家发现，考虑所有可能的对称性非常重要，这些对称性可以由控制基本粒子的自然定律证明。 对称的存在或不存在可能向我们揭示自然界中其他不明显的方面。
在许多可能的对称中，三种可以起独特作用：
电荷共轭 （C），
空间奇偶校验 （P）和
关于时间反转的对称 （T）。 其中三个影响粒子，空间和时间的转换包括：
•C：用带相反电荷的粒子（带电和较不熟悉的电荷；用一些中性粒子代替，例如，中微子变成反中微子，中子变成反中子）替换所有粒子。
•P：将世界置于镜子中（更精确地说，将三个尺寸的方向更改为相反的方向）。
•T：以相反的时间方向发射世界（更确切地说，改变时间演变的方向）。
这些转换中的每一个都具有以下属性：如果执行两次，则将返回到原始状态。 用行话来说，我们说P
2 = P×P = 1（也就是说，如果将镜子放在镜子中，所看到的将与没有镜子时看起来一样），并且类似地，C
2 = 1且T
2 = 1。
此外，您可以一起执行两次转换。 例如，您可以先制作C，然后再制作P，我们将其简单地写为“ CP”（或者您可以制作PC，这将是相同的-这些转换的顺序无关紧要），您可以将世界照在镜子里并进行更改粒子电荷。 您可以考虑CT，PT甚至CPT。 与C，P和T本身一样，这些组合中的任何一个组合执行两次，将按原样返回所有内容。
我们如何处理这些转变？ 我们需要问一个问题：如果我们想象一个世界通过使用其中一种转换而创建，那么其中控制基本粒子和相互作用的自然法则是否会以与我们相同的方式起作用？
如果答案是肯定的，那么新的，变革的世界中可能发生的一切都将在我们的世界中发生。 在这种情况下，我们说这种转变是我们世界的对称。 更确切地说，这是我们世界自然规律的对称性。 如果不是，那么转换仍然可以进行，但这不是我们世界的对称，因为转换后获得的世界将与我们的世界不同。
图 1个很容易理解空间奇偶性（P）的工作原理。 特定对象可以具有或可以不具有奇偶对称性。 如图所示。 在图1中，三角形在镜中的反射使我们获得与第一个三角形相同的三角形，因此该三角形在奇偶校验中将是对称的。 但是，更复杂的形式显示在图的底部。 1，反射后看起来并不完全相同，因此奇偶校验是不对称的。
显然，我们的世界在镜子中并不对称；这可以在任何自然照片中看到（见图2）。 但是，有必要区分物体的对称性和控制所有可能物体的自然规律的对称性。 粒子物理学的基本过程可以是对称的，这意味着对于自然界中可能发生的任何过程，也都可能发生镜像过程（下面的图2）。
但是事实证明，自然界的基本过程在P中并不对称！
图 2一个引人注目的事实是，C，P，T，CP，CT，PC都不是自然的对称。 在20世纪以前物理学已知的主要过程-尤其是引力和电磁相互作用，即所有将地球保持在一起并保持其绕太阳轨道的过程，以及控制原子和分子的物理学以及所有化学的过程-都是对称的。 S，P和T。因此，当物理学家在1950年代和1960年代发现弱的核相互作用打破了所有这些对称性时，感到非常惊讶。 CPT是唯一仍被认为（出于充分的理由）与自然对称的转换。
注意，如果CPT是对称的，则CP和T的影响应该相同。 由于这是对称的，因此应用CPT变换可以使您回到开始时的世界，但也众所周知，如果您两次应用T变换，您将返回到您开始时的世界-这意味着CP必须做产生T的事物是相同的。对于CT和P，以及RT和C，也是如此。
CPT将粒子及其在我们世界中的相互作用转换为反粒子及其在经过转换的世界中的相互作用，反之亦然。 而且，由于在我们的世界中，每种类型的粒子都有一个反粒子（碰巧它本身就是这样），并且由于不同粒子的每种相互作用都具有与反粒子的反相互作用（可以这么说），因此可以认为这是完全对称的。 更准确地说，对于任何一个粒子遵循量子场论的世界，该模型用于描述所有已知粒子和相互作用的标准模型方程式中，都可以证明CPT是对称的。 （很难说是统一理论，例如弦论，将引力的量子理论与非引力结合在一起，这是很难说的；但尚未在实验中获得违反CPT的资格）。
由于核相互作用弱，C和P不是对称的
直到1950年代，物理学家所知道的一切-所有化学和原子物理学，所有引力和电磁相互作用，光波和原子核的基础-都对应于P中对称的世界。但是事实证明，C和P几乎不是对称的自然规律。 弱的核相互作用使它们尽可能地受到干扰。
图 3在最简单（但不是唯一）的示例中，涉及中微子。 当中微子出现在物理过程中时，总是使用弱的核相互作用来产生中微子。 并且当它发生时，从观察者所在的角度来看，它总是逆时针旋转。 （Neutrinos像电子，质子和许多其他粒子一样，在某种意义上总是自旋；更确切地说，它们始终具有扭矩）。 换句话说，它像左手螺丝一样旋转（图3）。 （用术语来说，他的螺旋度为负）。 但是，由微弱的核相互作用产生的中微子永远不会像右旋螺丝一样旋转。 由于P会交换右手位置和左手位置（如镜中所示），因此这意味着较弱的核相互作用会侵犯R。
在一个更具体的示例中（图3），当带正电的介子（由上夸克，反低夸克以及许多胶子和夸克/反夸克对组成的强子）衰减为反μ子和中微子时，中微子总是左撇子，而绝不会是右撇子。 这违反了R。并且当带负电的介子衰变为μ子和反中微子时，反中微子总是惯用右手的。 包括负电荷和正电荷的牡丹在内的不同过程都违反了C。
现在完全可以理解违反这种P和C的行为。 标准模型（我们用来描述所有已知粒子和相互作用的方程式）以一种很自然的方式包含了它，并且方程式的细节在实验中得到了仔细验证。 因此，尽管在1950年代对P和C的违反令人惊讶，但今天它们已成为粒子物理学的标准组成部分。
但是，如果我们查看粒子本身（而不关注粒子之间的相互作用的细节），乍一看，SR（与RS相同）似乎是对称的。 这是因为P将中微子从左向右旋转，但是C反转了介子电荷，将反μ子变成了μ子，并用反中微子代替了中微子。 最后的过程发生在我们的世界中（图4）。 因此，一段时间以来，物理学家认为弱的核相互作用会保留SR，尽管个别地侵犯了C和R。
看到这种情况的另一种方式是阅读
我的文章 ，即如果希格斯字段为零，粒子将如何显示。 可以看出，例如，左电子粒子和中微子左粒子是成对的，并受到弱的等旋旋相互作用的作用，而电子右粒子与中微子右旋粒子是分开的，并且它们都不受到弱的等旋旋相互作用。 此外，对于电子右粒子而言，正确的对于正电子粒子也是如此，对于正电子粒子而言，对于左电子也正确。 但是P改变了左电子粒子和右电子粒子，因此显然这不是对称的。 C改变左电子和左正电子，并且由于左正电子不受弱相互作用的影响，所以C也不是对称的。 然而，CP改变了左电子和正电子的粒子，并且它们都受到弱核相互作用的影响。
图 4CP也不对称
但是在1960年代，事实证明SR也受到弱核相互作用的干扰。 这再次令人惊讶，今天可以理解，但是我们仍在探索。 这是一个短篇小说。
大多数强子（由夸克，反夸克和胶子组成的粒子）通过强烈的核相互作用几乎立即衰变，其时间不到万亿分之一秒的万亿分之一。 一个强子质子是稳定的。 中子自身寿命为15分钟。 （由质子和中子组成的原子核通常也称为强子，但就我个人而言，我更喜欢将它们称为“强子集”）。 但是对于一些具有历史和实际重要性的强子来说，寿命虽然很小，但是却不是很好-大约从十亿分之一秒到十亿分之一秒不等-并且大多数由于衰弱的核相互作用而衰变（其他通过电磁相互作用衰减）。 在其中一些中，特别是包含一个较低夸克或一个较低反夸克的介子，测量了违反SR的衰变。 违反CP的其他迹象是在两个强子之间的振荡中，类似于中微子振荡。
此类CP违规非常有趣，因为它自然发生在存在三个或三个以上香气或上夸克世代（上，迷住和真实）和三个较低夸克的香气（下夸克，奇怪和迷人）的地方。 正如Kobayashi和Maskawa所指出的那样，在仅包含两代的标准模型版本中，不可能存在违反SR的情况。 他应该有完全不同的理由。 因为他们比发现第三代粒子早得多地观察到了这一点，所以实际上他们预言了第三代粒子的存在的必要性，因此他们随后被授予2008年诺贝尔物理学奖（以及南武因在其他领域的出色工作而获此殊荣）。
到目前为止，没有任何违反CP的迹象与小林和Maskawa有所不同。 但是，如果存在除标准模型所未知的粒子和相互作用，则可能存在违反CP的其他情况。
但是，即使在标准模型内部，也存在一个大谜团。
强大的核相互作用和SR
非常令人意外的是，SR没有受到强烈的核相互作用的明显干扰，而且没人知道为什么会这样。 我们知道，由于中子的某些特性（称为
电偶极矩） ，强相互作用不会非常违反超晶格。
中子是非常类似于质子的电中性强子。 构成中子的夸克，反夸克和胶子通过强烈的核相互作用而结合在一起。 可以问一个有关电中性点的有趣问题-它是否有电偶极子。
您小时候用来玩的磁铁是一个磁偶极子，它具有南极和北极（图5）。 磁单极子可以是北极，也可以是南极。 但您从未见过，也没有人见过。 电偶极子带零电荷，但一方面带正电荷，另一方面带负电荷。 这可能是氢原子这样的简单情况，其中电子具有负电荷的作用，质子具有正电荷的作用。
对于一个简单的电偶极子，它由两个距离D隔开的电荷组成，其中一个电荷为q，另一个电荷为-q，电偶极矩简单定义为q×D。请注意，如果正电荷和负电荷位于一个位置，那么这样的物体就没有偶极矩； 电荷必须在空间上分开，以使其“极化”。 氢原子通常不极化。 但是，尽管许多分子是电中性的，但它们仍具有偶极矩。 例如，水分子H
2 O的偶极矩为3.9×10
-8 e cm，其中“ e”为质子电荷（e为电子电荷），cm为1厘米。 为了进行比较，这仅比通过在大约等于水分子大小的距离处稀释电子和质子所获得的能量略小（对于这种偶极子，偶极矩约为9×10
-8 e cm）。 这表明H
2 O中两个氢原子的电子与氧原子在一起花费了很多时间。
图 5中子偶极矩能有多大？ 中子半径约为10
-13厘米，因此人们会期望D大致相同。 它由夸克，反夸克和胶子组成； 胶子是电中性的，但夸克和反夸克具有电荷：2/3 e（上夸克），– 1/3 e（下夸克），– 2/3 e（上夸克）和+1/3 e（下夸克） ） 因此，人们会期望q像这样。 事实证明，人们期望中子的电偶极矩在10
-13 e cm之内，这比水分子的偶极矩小一百万倍，这主要是因为中子半径小于一百万倍。
实际上，一些非显而易见的影响使我们估算出的尺寸更小。 实际期望值在10
-15 e cm左右。
但是，如果中子具有电偶极矩，那么如果可以认为CPT至少近似对称（这也违反了P），则这将违反T，从而违反CP。 因此，如果CP和CPT是精确的对称性，那么电中子偶极子将必须为零。
当然，我们已经知道CP不是精确的对称性。 它被弱的核相互作用所破坏。 但是这种弱相互作用是如此微弱（至少在中子方面如此），以至于它可以给中子一个10
-32 e cm量级的电子偶极矩，比我们所能测量的要小得多！ 因此，出于我们的目的，可以将其视为零。
但是，如果将中子凝聚在一起的强相互作用违反了超晶格，那么我们预计电偶极矩将为10
-15 e cm，但是实验表明中子的电偶极矩小于3×10
-26 e cm！ 这比预期少一亿倍。 因此，强核相互作用不会像预期的那样强烈地破坏超晶格。
为什么它比预期的那么少？ 尽管有许多假设，但没人知道。 这个谜题被称为
强CP问题 ，是困扰粒子物理学的三个最大问题之一，以及
等级 问题和
宇宙学常数问题 。
具体地说，问题如下。 如果写下强核相互作用的理论（胶子，夸克和反夸克的方程，称为QCD），则这些方程将具有不同的参数，即：
•强大的核互动的统一力量，
•大量不同的夸克，
•θ角，它不会影响费曼图，但可以确定胶子物理学中各种细微过程（量子隧穿，
瞬子，伪粒子）的影响。
停什么 这最后一个项目是什么？ 嗯，这个可选的QCD参数是在1970年代发现的（这是最近获得该奖项的
Alexander Polyakov出名的领域之一）。 该问题本身在技术上太过复杂，无法在此处进行描述，但是只要说θ角不是0或π，那么强核相互作用就会破坏超晶格就足够了。 更确切地说，CP违反了θ角和各种夸克质量的特定组合（特别是质量的复数相的乘积）。 而且这两个参数（θ角和夸克质量）没有明显的联系-那么如何将它们组合在一起以得到完美的补偿？ 但是，由于某种原因，它们的组合为零，或者比其可能小至少一百亿倍。 没有明显的原因。
对于这个将近40岁的谜语，可能会给出以下解释：
•上夸克可能没有质量（这很难验证，因为它无法直接测量；间接方法长期以来一直说它的质量是电子质量的几倍，但是有些微妙之处使我们无法完全确定地解释这些方法）。
•也许有一个消除这一影响的
轴突场 ； 这个想法预言了轴突粒子的存在，人们已经寻找了30多年，但尚未发现。
顺便说一下，Axion也可以扮演宇宙暗物质的角色。对于此问题，还有其他两种可能的解决方案，但在此不再赘述。不幸的是，通常来说，它们没有任何明显的实验结果可以在不久的将来得到证实。