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满庭芳·宇称不守恒定律

已有 10601 次阅读 2017-3-1 09:40 |个人分类:物理|系统分类:诗词雅集| 杨振宁, 李政道, 宇称, 吴健雄

窗外银钩, 湖中秋月,水天共赏圆缺。
通观蝶翼,左右总和谐。
放眼苍穹四海,镜中像、动静同约。
见衰变,似违圭臬,伟论待开掘。

破缺天授意,识珠杨李,共创绝学。
巧实证,惊鸿吴姐一瞥。
弱力失衡宇称,诺氏奖、信手轻捏。
炎黄姓,流芳定理,永世颂豪杰。

       杨振宁和李政道,名字如雷贯耳,几乎所有的中国人都认得他们,因为他们是第一个荣膺诺贝尔奖的炎黄子孙,且获奖的时候持的是中华民国的护照,是名副其实的中国人!杨振宁目前已经放弃美国国籍,成为名副其实的国人,一时成为了科学界和娱乐的热点,许多陈年旧事又被大家翻出来津津乐道,不亚于2005年。
   但他们究竟是因为什么而得奖,知道的人恐怕就不多了,毕竟他们获奖的领域是物理学里最顶尖的基本粒子领域。
先认识“宇称”的概念,我们都知道,自然界里相对存在的东西很多,比如说男人女人,左手和右手,阴和阳、正和反,它们虽然表面上是对立的,但都遵守同一物理学规律。例如天上的彩云追月,湖面的倒影绝对不会出现云月背道而驰的情况,正电子和负电子虽然带电不同,但他们的运动速度,自旋方向等等物理量都是一样的,这些现象叫做“宇称守恒”。

  人们一直来都以为宇宙万物都遵守宇称守恒定律。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。李政道和杨振宁通过模型计算和推理,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,袁世凯的孙媳妇、华裔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。而杨振宁和李政道却提出了在弱相互作用的时候,宇称不守恒,次年被华人女科学家吴健雄用实验证实,这就是它们获诺贝尔奖的理论:“宇称不守恒定律”。




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