守恒律是物理學(xué)中最重要的定律。學(xué)過
高中物理教本的人都知道很多守恒律,如
物質(zhì)守恒、
能量守恒、
電荷守恒等等。在物理學(xué)中還有一條守恒律,叫做
宇稱守恒律。那么,什么是
宇稱守恒律呢?
所謂的
宇稱守恒就是指物理規(guī)律在空間
反演(如鏡象)下完全不變,我們可以舉一個(gè)例子,如圖:左邊的鐘是右邊的鐘的鏡象,右邊的鐘以
順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),左邊的鐘則以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),但兩個(gè)鐘的快慢卻是一致的。這就是說,物理規(guī)律是左右對(duì)稱的,這就是
宇稱守恒定律。
宇稱守恒定律于
1926年被發(fā)現(xiàn)后,一直被視為神圣不可動(dòng)搖的定律,然而這一
金科玉律卻被1953年出現(xiàn)的“θ—τ之謎”所打破。為了弄清什么是“θ—τ之謎”,我們先得說明一下。按照現(xiàn)在物理學(xué)理論,每個(gè)
基本粒子都有確定的
宇稱,或奇或偶。
宇稱守恒定律要求在
基本粒子相互作用過程中,反應(yīng)粒子的
宇稱與生成粒子的
宇稱必須具有相同的
奇偶必性,然而“θ—τ之謎”卻違背了這一定律。
1953年,美國(guó)的達(dá)里茲和法布里發(fā)現(xiàn),在
弱相互作用衰變時(shí),似乎有兩種不同類型的K
介子。一種叫θ
介子,它衰變?yōu)閮蓚€(gè)
π介子,由于
π介子具有奇宇稱,因而θ
介子應(yīng)具有偶宇稱;另一種被稱作τ介子的K介子則衰變?yōu)槿齻€(gè)
π介子,因而τ介子宇稱為奇。然而精密的測(cè)量表明,θ介子和τ介子具有相同的質(zhì)量、電荷和壽命,似乎應(yīng)為同一種粒子,但如果θ介子和τ介子是同一種粒子,則必須破壞宇稱守恒,這在當(dāng)時(shí)是不可想象的。物理學(xué)家被這惱人的“θ—τ之謎”弄得狼狽不堪。
1956年,這一“θ—τ之謎”被兩位年輕的著名物理學(xué)家
李政道和楊振寧解破。他們兩人在檢查了所有的粒子
反演過程后指出,迄今為止在涉及
強(qiáng)相互作用的粒子
反演過程中,宇稱是守恒的,但在
弱相互作用中,宇稱守恒定律從來沒有得到檢驗(yàn)過。于是兩人大膽地?cái)嘌裕?a data-word="2" log="pos:innerLink" rel="nofollow" target="_blank" style="color: rgb(45, 100, 179); margin: 0px; padding: 0px; text-decoration: none;">弱相互作用中
宇稱不守恒,θ和τ屬于同一介子。這一結(jié)論震驚了物理學(xué)界,許多人表示不相信。大物理學(xué)家
泡利斷言:“
我不相信上帝是一個(gè)軟弱的
左撇子,我已經(jīng)準(zhǔn)備好下一筆大賭注,我敢打賭實(shí)驗(yàn)將獲得對(duì)稱的結(jié)論?!辈恢?a data-word="26" log="pos:innerLink" rel="nofollow" target="_blank" style="color: rgb(45, 100, 179); margin: 0px; padding: 0px; text-decoration: none;">泡利是否真的打了賭沒有,如果他打賭的話,則注定是要失敗的,因?yàn)榱硪晃恢锢韺W(xué)
吳健雄以無可爭(zhēng)辯的實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明了弱相互作用中
宇稱不守恒的結(jié)論。
為什么宇稱守恒會(huì)在弱相互作用中遭到破壞呢?難道說上帝本質(zhì)上是個(gè)軟弱的
左撇子而當(dāng)他想強(qiáng)烈地表現(xiàn)自己時(shí),卻又
裝模作樣地變得
不偏不倚了嗎?這一問題使物理學(xué)家大傷腦筋,不久,更令他們頭痛的事發(fā)生了:時(shí)間也不再具有
對(duì)稱性了。
宇稱不守恒發(fā)現(xiàn)后,人們證明了一條CPT反演聯(lián)合守恒的定律。這里C指電荷,P指宇稱,T指時(shí)間,人們相信,盡管P反演不守恒,但時(shí)間T反演還是守恒的,因而CP聯(lián)合反演也是守恒的。然而美國(guó)的菲奇和克羅寧等人于1963年在中性長(zhǎng)壽命K’衰變中失去了記憶,更使物理學(xué)家驚奇的是,T反演不守恒僅在K’衰變事例中找得到,而且不守恒量 僅僅只有千分之一的
數(shù)量級(jí)。如何解釋上述現(xiàn)象,物理學(xué)家至今還沒有得到答案
參考資料: http://wenwen.soso.com/z/q169441019.htm
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