Teoria Peccei-Quinn din fizica particulelor este cea mai cunoscută soluție la problema CP puternică , adică absența observată experimental a încălcărilor invarianței CP în cromodinamica cuantică (QCD). Teoria a fost propusă în 1977 de Roberto Peccei și Helen Quinn . Mecanismul Peccei-Quinn se reduce la postularea unei noi simetrii globale U (1) .
Lagrangianul QCD poate conține așa-numitul termen θ proporțional cu produsul dintre intensitățile câmpului gluonului și o constantă adimensională θ . Acest termen nu încalcă renormalizarea QCD , dar încalcă invarianța CP , care nu este de fapt observată (de exemplu, în experimente de căutare a momentului dipolului electric al neutronului). Peccei și Quinn au descoperit că dacă presupunem că Lagrangianul QCD are simetria globală U (1) de mai sus corespunzătoare transformărilor chirale ale câmpurilor de quarci, atunci datorită anomalieiîn divergența axială a curentului, aceasta duce la apariția unui termen suplimentar în lagrangianul efectiv, care are aceeași structură ca și termenul θ . Factorul constant θ′ în el este adimensional și proporțional cu unghiul de rotație al câmpurilor de quarci. Pentru cazul în care toți fermionii QCD (adică quarcii ) au mase zero, toate procesele au loc în același mod pentru orice valoare a fazei θ′ — rotația tuturor câmpurilor din spațiul de simetrie complementară U (1) de către operator. exp( i θ′) prin unghiul θ′ nu conduce la consecințe observabile experimental. Aceasta poate fi descrisă ca existența unui număr infinit de vacua degenerată , care diferă doar prin valoarea lui θ′ . Cu toate acestea, atunci când quarcurile dobândesc o masă cauzată de unul sau altul mecanism dinamic (în special, mecanismul Higgs ), termenul suplimentar devine astfel încât Lagrangianul rezultat compensează exact termenul θ (adică, faza θ devine efectiv egală cu zero). Astfel, alegerea valorii de conservare a CP θ = 0 este dinamică, ca o consecință a principiului acțiunii minime , și nu întâmplător.
Existența simetriei globale Peccei-Quinn U (1) PQ conduce la posibilitatea ruperii sale spontane , care trebuie să aibă ca rezultat apariția unui (pseudo) boson Goldstone . Particula care ar trebui să apară ca urmare a ruperii U (1) PQ se numește axion . A fost prezis în 1978 independent de Frank Wilczek [1] și Steven Weinberg [2] . Pentru 2020, axionii rămân particule ipotetice, neobservate experimental, cu toate acestea, ele sunt una dintre soluțiile cele mai preferate la problema materiei întunecate și sute de lucrări experimentale sunt dedicate căutării lor.