宇称守恒定律 宇称

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关于“宇称”的问题
所谓“宇称”,粗略的说,可理解为“左右对称”或“左右交缺仔换”,按照这个解释,所谓“宇称不变性”就是“左右交换不变” 。或者“镜象与原物对称” 。对称的现象普遍存在于自然界的事物中,事物运动变化的规律左右对称也是人们的普遍认识 。在物理学中,对称性具有更为深刻的含义,指的是物理规律在某种变换下的不变性 。在相当长的一段时间内,物理学家们相信,所有自然规律在这样的镜象反演下都保持不变 。例如进行牛顿运动定律实验时,前面放一面镜子,如果我们看镜内的物理规律性,则同镜外完全相同 。比如一个小球A向右运动,我们在镜内看到有一个小球A′向左运动,虽然A′与A运动方向相反,但它们都遵从的规律,也就是说力学规律对于镜象反演不变,具有空间反演不变性 。同样对于麦克斯韦方程组和薛定谔方程都具有空间反演不变性 。不变性原理通常与守恒定律联系在一起,比如动量守恒定律是物理定律在空间平移下的不变性的体现;能量守恒定律与时间平移不变性相联系;角动量守恒定律是物理定律空间旋转对称性的体现等 。在微观世界中微观粒子的状态用波函数ψ描写即表示波函数的数值随坐标而变 。为了描述这种与空间反演对称性相联系的物理量,引入了“宇称”的概念 。因为连续两空间反演(镜象反射)就等于本身,第一次反射,第二次反射 。
因此宇称这个量同能量、动量等连续变化的物理量不同,它只能取两个分立的值(+1)或(-1),也就是说波函数在镜象对称时有两种可能: 第一种情形宇称为正(+1),第二种情形宇称为负(-1),对于一个多粒子系统来说,此系统的总宇称为各该系统粒子的宇称之乘积 。有了以上概念后,根据左右对称性就可引伸出“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 。这一定律对于许多情况都是正确的,象强相互作用和电磁相互作用就是如此 。因而便认为对于弱相互作用也不言而喻,同样如此 。弱相互作用下的宇称守恒的这一看法一直维持了三十年 。但在1954~1956年间人们在粒子物理研究中遇到了一个难题,即所谓的“τ-θ之谜”,就是荷电的κ介子有两种衰变方式,一种记为τ介子,一种记为θ介子 。这两种粒子的质量、电荷、寿命、自旋等几乎完全相同,以致于人们不能不怀疑它们是同一粒子 。然而另一方面,它们的衰变情形却不相同,表现为宇称不相备扮晌同,当τ粒子衰变时,产生三个π介子,它们的宇称为负(根椐已确定了的π介子的宇称为-1和宇称守恒定律),而θ粒子衰变时产生仿锋两个π介子,它们的宇称为正,也就是说,τ粒子与θ粒子衰变时具有完全相反的宇称 。如何解释这个现象?可供选择的答案只有两种:一种承认宇称守恒定律,则τ粒子与θ粒子是两种不同的粒子,因为它们的宇称不同,相互作用过程宇称应不变,但无法解释为什么θ、τ粒子性质如此相同 。另一种确认τ和θ是同一种粒,则宇称守恒定律不成立 。
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宇称不守恒有什么实际意义
宇称不守恒定律指出,在弱相互作用中,互为镜像的物质的运动不对称 。
对称性反映不同物质宴让茄形态在运动中的共性,而对称性的破坏使它们显示出各自的特性 。宇称不守恒定律指出,在弱相互作用中,互为镜像的物质的运动不对称 。该定理最早由杨振宁和李政道提出,后由吴健雄用钴60实验验证,后成为物理学中弱作用理论的基石 。