Peccei-Quinnova teorie v částicové fyzice je nejznámějším řešením silného problému CP , tj. experimentálně pozorované absence porušení CP invariance v kvantové chromodynamice (QCD). Teorii navrhli v roce 1977 Roberto Peccei a Helen Quinn . Peccei-Quinnův mechanismus je redukován na postulaci nové globální U (1) symetrie.
QCD Lagrangian může obsahovat tzv. θ - člen úměrný součinu sil gluonového pole a nějaké bezrozměrné konstanty θ . Tento termín neporušuje renormalizovatelnost QCD , ale porušuje invarianci CP , která není ve skutečnosti pozorována (například při experimentech na hledání elektrického dipólového momentu neutronu). Peccei a Quinn zjistili, že pokud předpokládáme, že QCD Lagrangian má výše uvedenou globální U (1) symetrii odpovídající chirálním transformacím kvarkových polí, pak v důsledku anomáliev axiální proudové divergenci to vede k tomu, že se v efektivním Lagrangianu objeví další člen, který má stejnou strukturu jako člen θ . Konstantní faktor θ′ v něm je bezrozměrný a úměrný úhlu natočení kvarkových polí. Pro případ, kdy všechny QCD fermiony (tedy kvarky ) mají nulovou hmotnost, probíhají všechny procesy stejným způsobem pro jakoukoli hodnotu fáze θ′ — rotace všech polí v komplementárním symetrickém prostoru U (1) operátorem exp( i θ′) přes úhel θ′ nevede k experimentálně pozorovatelným důsledkům. To lze popsat jako existenci nekonečného množství degenerovaného vakua , které se liší pouze hodnotou θ′ . Když však kvarky získají hmotnost způsobenou tím či oním dynamickým mechanismem (zejména Higgsovým mechanismem ), další člen se stane takovým, že výsledný Lagrangian přesně kompenzuje člen θ (to znamená, že fáze θ se účinně rovná nula). Volba CP zachovávající hodnoty θ = 0 je tedy v důsledku principu minimálního působení dynamická a nikoli náhodná.
Existence globální Peccei-Quinnovy U (1) PQ symetrie vede k možnosti jejího samovolného rozbití , což nutně musí vyústit ve vznik (pseudo) Goldstoneova bosonu . Částice, která by se měla objevit v důsledku rozbití U (1) PQ , se nazývá axion . Předpověděli ji v roce 1978 nezávisle Frank Wilczek [1] a Steven Weinberg [2] . Pro rok 2020 zůstávají axiony hypotetickými, experimentálně nepozorovanými částicemi, jsou však jedním z nejpreferovanějších řešení problému temné hmoty a jejich hledání jsou věnovány stovky experimentálních prací.