宇称不守恒：李政道和杨振宁如何颠覆物理学界

宇称不守恒：李政道和杨振宁如何颠覆物理学界

引用

观察者网

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来源

1.

https://www.guancha.cn/huangqingqiao/2024_08_05_743878.shtml

2.

https://news.southcn.com/node_17a07e5926/2545e6a60d.shtml

3.

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_28524218

4.

https://www.lifeweek.com.cn/h5/article/detail.do?artId=228420

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https://www.essra.org.cn/view-1000-6259.aspx

6.

https://news.pku.edu.cn/bdrw/137-120011.htm

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https://saltsgod.com/blog/%E8%B0%81%E8%83%BD%E5%91%8A%E8%AF%89%E6%88%91%E6%9D%A8%E6%8C%AF%E5%AE%81%E7%9A%84%E5%AE%87%E7%A7%B0%E4%B8%8D%E5%AE%88%E6%81%92%E5%88%B0%E5%BA%95%E6%98%AF%E4%B8%AA%E4%BB%80%E4%B9%88%E6%84%8F%E6%80%9D%EF%BC%9F/

1956年，两位年轻的中国物理学家李政道和杨振宁提出了一个震惊物理学界的理论——弱相互作用中的宇称不守恒原理。这一发现不仅推翻了长期以来的宇称守恒定律，还为他们赢得了1957年的诺贝尔物理学奖，开启了物理学研究的新篇章。

故事要从粒子物理学中的一个谜题说起。当时，科学家们发现两种奇异粒子θ和τ，它们的质量和寿命完全相同，但衰变方式却大不同。θ粒子衰变成两个π子，而τ粒子则衰变成三个π子。根据宇称守恒的原理，每个粒子的宇称（用1或-1表示）在衰变前后应该保持不变。然而，π子的宇称是-1，这意味着θ和τ的宇称应该是不同的。这引发了物理学界的困惑：要么这两种粒子不是同一种粒子，但它们的质量和寿命却完全相同；要么宇称守恒定律在弱相互作用中并不成立。

李政道和杨振宁敏锐地抓住了这个矛盾点。他们开始思考，如果宇称不守恒只发生在弱相互作用中，那么这个假设是否能解释观察到的现象？经过深入研究，他们发现这一假设确实能够完美解释θ-τ之谜。

为了验证这一假设，李政道和杨振宁将目光投向了β衰变过程。他们发现，之前所有的实验都只测量了在空间反演下保持不变的标量，而没有涉及能够反映宇称是否守恒的赝标量。他们提出，通过测量极化原子核β衰变中电子的非对称性分布，可以检验宇称是否守恒。

这一提议得到了哥伦比亚大学物理学家吴健雄的积极响应。她设计了一个精妙的实验，使用极化钴60原子核进行β衰变实验。实验结果令人震惊：在β衰变过程中，电子的发射明显表现出不对称性，这直接证明了在弱相互作用中宇称确实不守恒。

1957年1月，哥伦比亚大学召开新闻发布会，宣布了吴健雄团队的实验结果。这一发现立即在物理学界引起巨大震动。《纽约时报》以《物理学中的基本概念在实验中被报失效》为题进行了详细报道，称这一发现“在某种程度上，一个相当完整的理论结构的根基已经被摧毁了”。

这一发现不仅推翻了长期以来的宇称守恒定律，更重要的是，它揭示了物质和反物质在弱相互作用下的行为差异，为解释宇宙中物质与反物质的不平衡提供了关键线索。这一突破性成果使李政道和杨振宁获得了1957年诺贝尔物理学奖，也开启了粒子物理学研究的新篇章。

宇称不守恒的发现对物理学产生了深远影响。它不仅改变了人们对自然界基本对称性的理解，还推动了粒子物理学的发展，为研究物质与反物质的差异提供了新的视角。这一发现还促进了对称性破缺理论的研究，为理解宇宙的起源和演化提供了重要线索。

正如诺贝尔物理学奖得主塞格雷所说：“这三位中国物理学家显示了未来中国对物理学的贡献可以有多大。”李政道和杨振宁的宇称不守恒理论，不仅是一个科学发现，更是一个突破性的创新，它改变了人类对自然界基本规律的认识，为物理学的发展开辟了新的方向。