Hiukkasfysiikan Peccei-Quinn-teoria on tunnetuin ratkaisu vahvaan CP - ongelmaan , toisin sanoen kokeellisesti havaittuun CP - invarianssin rikkomusten puuttumiseen kvanttikromodynamiikassa (QCD). Teorian ehdottivat vuonna 1977 Roberto Peccei ja Helen Quinn . Peccei-Quinn-mekanismi on pelkistetty uuden globaalin U (1) -symmetrian oletukseksi.
QCD Lagrangian voi sisältää ns. θ -termin, joka on verrannollinen gluonin kenttävoimakkuuksien tuloon ja jonkin dimensiottoman vakion θ tuloon . Tämä termi ei riko QCD - renormalisoitavuutta , mutta se rikkoo CP - invarianssia, jota ei varsinaisesti havaita (esimerkiksi kokeissa, joissa etsitään neutronin sähköistä dipolimomenttia ). Peccei ja Quinn havaitsivat, että jos oletetaan, että QCD Lagrangianilla on edellä mainittu globaali U (1) -symmetria, joka vastaa kvarkkikenttien kiraalisia muunnoksia , niin poikkeavuuden vuoksiaksiaalisessa virran hajoamisessa tämä johtaa ylimääräisen termin ilmestymiseen efektiiviseen Lagrangian, jolla on sama rakenne kuin θ - termillä. Siinä oleva vakiotekijä θ′ on dimensioton ja verrannollinen kvarkkikenttien pyörimiskulmaan. Siinä tapauksessa, että kaikilla QCD-fermioneilla (eli kvarkeilla ) on nolla massat, kaikki prosessit tapahtuvat samalla tavalla millä tahansa vaiheen θ′ arvolla – operaattorin suorittama komplementaarisen symmetria-avaruuden U (1) kaikkien kenttien kierto. exp( i θ′) kulman θ′ läpi ei johda kokeellisesti havaittaviin seurauksiin. Tätä voidaan kuvata äärettömän määrän degeneroituneita tyhjiöitä , jotka eroavat vain θ′ :n arvosta . Kuitenkin, kun kvarkit hankkivat yhden tai toisen dynaamisen mekanismin (erityisesti Higgsin mekanismin ) aiheuttaman massan, lisätermi tulee sellaiseksi, että tuloksena oleva Lagrange kompensoi täsmälleen θ - termin (eli vaihe θ tulee käytännössä yhtä suureksi kuin nolla). Näin ollen CP - säilöntäarvon θ = 0 valinta on dynaaminen minimitoiminnan periaatteen seurauksena , eikä sattumalta.
Globaalin Peccei-Quinn U (1) PQ -symmetrian olemassaolo johtaa sen spontaanin rikkoutumisen mahdollisuuteen , jonka täytyy välttämättä johtaa (pseudo) Goldstonen bosonin ilmaantuvuuteen . Hiukkasta, jonka pitäisi ilmaantua U (1) PQ :n rikkoutumisen seurauksena, kutsutaan aksioniksi . Sen ennustivat vuonna 1978 itsenäisesti Frank Wilczek [1] ja Steven Weinberg [2] . Vuodelle 2020 akselit pysyvät hypoteettisina, kokeellisesti havaitsemattomina hiukkasina, mutta ne ovat kuitenkin yksi suosituimmista ratkaisuista pimeän aineen ongelmaan , ja niiden etsimiseen on omistettu satoja kokeellisia töitä.