宇称为什么不总守恒?

题目

宇称为什么不总守恒?
宇称是内禀宇称的简称.它是表征粒子或粒子组成的系统在空间反射下变换性质的物理量.1927年,物理学家魏格纳指出,亚原子粒子的宇称 是守恒的,因为这些粒子可以看作是具有“左右对称性”.1956年,物理学家李政道和杨振宁指出,在某些类型的亚原子事件中宇称应该不守恒.引伸出“宇称守恒定律”,表述如下：由许多粒子组成的体系,不论经过相互作用发生什么变化（包括可能会使粒子数发生变化）,它的总宇称保持不变,则原来为正,相互作用后仍为正；原来为负,相互作用后仍为负.但在弱作用下宇称可能不守恒.著名物理学家泡利就曾俏皮地说过：“我就不相信上帝竟然会是一个左撇子?”那在若作用下宇称为什么不守恒?

答案

宇称不守恒定律是指在弱相互作用中,互为镜像的物质的运动不对称.由吴健雄用钴60验证.科学界在1956年前一直认为宇称守恒,也就是说一个粒子的镜像与其本身性质完全相同.1956年,科学家发现θ和γ两种介子的自旋,质量,寿命,电荷等完全相同,多数人认为它们是同一种粒子,但θ衰变时产生两个π介子,γ衰变时产生3个,这又说明它们是不同种粒子.1956年,李政道和杨振宁在深入细致地研究了各种因素之后,大胆地断言：τ和θ是完全相同的同一种粒子(后来被称为K介子),但在弱相互作用的环境中,它们的运动规律却不一定完全相同,通俗地说,这两个相同的粒子如果互相照镜子的话,它们的衰变方式在镜子里和镜子外居然不一样!用科学语言来说,“θ-τ”粒子在弱相互作用下是宇称不守恒的.在最初,“θ-τ”粒子只是被作为一个特殊例外,人们还是不愿意放弃整体微观粒子世界的宇称守恒.此后不久,同为华裔的实验物理学家吴健雄用一个巧妙的实验验证了“宇称不守恒”,从此,“宇称不守恒”才真正被承认为一条具有普遍意义的基础科学原理.吴健雄用两套实验装置观测钴60的衰变,她在极低温(0.01K)下用强磁场把一套装置中的钴60原子核自旋方向转向左旋,把另一套装置中的钴60原子核自旋方向转向右旋,这两套装置中的钴60互为镜像.实验结果表明,这两套装置中的钴60放射出来的电子数有很大差异,而且电子放射的方向也不能互相对称.实验结果证实了弱相互作用中的宇称不守恒.我们可以用一个类似的例子来说明问题.假设有两辆互为镜像的汽车,汽车A的司机坐在左前方座位上,油门踏板在他的右脚附近；而汽车B的司机则坐在右前方座位上,油门踏板在他的左脚附近.现在,汽车A的司机顺时针方向开动点火钥匙,把汽车发动起来,并用右脚踩油门踏板,使得汽车以一定的速度向前驶去；汽车B的司机也做完全一样的动作,只是左右交换一下——他反时针方向开动点火钥匙,用左脚踩油门踏板,并且使踏板的倾斜程度与A保持一致.现在,汽车B将会如何运动呢?也许大多数人会认为,两辆汽车应该以完全一样的速度向前行驶.遗憾的是,他们犯了想当然的毛病.吴健雄的实验证明了,在粒子世界里,汽车B将以完全不同的速度行驶,方向也未必一致!——粒子世界就是这样不可思议地展现了宇称不守恒.