沒有所謂的"不守恒定律" 樓主要說的應(yīng)該是宇稱不守恒定律 概述 宇稱不守恒定律是指在弱相互作用中,互為鏡像的物質(zhì)的運動不對稱.由吳健雄用鈷60驗證。
科學(xué)界在1956年前一直認(rèn)為宇稱守恒,也就是說一個粒子的鏡像與其本身性質(zhì)完全相同.1956年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)θ和γ兩種介子的自旋,質(zhì)量,壽命,電荷等完全相同,多數(shù)人認(rèn)為它們是同一種粒子,但θ衰變時產(chǎn)生兩個π介子,γ衰變時產(chǎn)生3個,這又說明它們是不同種粒子. 1956年，李政道和楊振寧在深入細(xì)致地研究了各種因素之后，大膽地斷言：τ和θ是完全相同的同一種粒子(后來被稱為K介子)，但在弱相互作用的環(huán)境中，它們的運動規(guī)律卻不一定完全相同，通俗地說，這兩個相同的粒子如果互相照鏡子的話，它們的衰變方式在鏡子里和鏡子外居然不一樣！用科學(xué)語言來說，“θ-τ”粒子在弱相互作用下是宇稱不守恒的. 在最初，“θ-τ”粒子只是被作為一個特殊例外，人們還是不愿意放棄整體微觀粒子世界的宇稱守恒。此后不久，同為華裔的實驗物理學(xué)家吳健雄用一個巧妙的實驗驗證了“宇稱不守恒”，從此，“宇稱不守恒”才真正被承認(rèn)為一條具有普遍意義的基礎(chǔ)科學(xué)原理。 吳健雄用兩套實驗裝置觀測鈷60的衰變，她在極低溫(0.01K)下用強磁場把一套裝置中的鈷60原子核自旋方向轉(zhuǎn)向左旋，把另一套裝置中的鈷60原子核自旋方向轉(zhuǎn)向右旋，這兩套裝置中的鈷60互為鏡像。實驗結(jié)果表明，這兩套裝置中的鈷60放射出來的電子數(shù)有很大差異，而且電子放射的方向也不能互相對稱。實驗結(jié)果證實了弱相互作用中的宇稱不守恒。 我們可以用一個類似的例子來說明問題。假設(shè)有兩輛互為鏡像的汽車，汽車A的司機坐在左前方座位上，油門踏板在他的右腳附近；而汽車B的司機則坐在右前方座位上，油門踏板在他的左腳附近?，F(xiàn)在，汽車A的司機順時針方向開動點火鑰匙，把汽車發(fā)動起來，并用右腳踩油門踏板，使得汽車以一定的速度向前駛?cè)?；汽車B的司機也做完全一樣的動作，只是左右交換一下——他反時針方向開動點火鑰匙，用左腳踩油門踏板，并且使踏板的傾斜程度與A保持一致?，F(xiàn)在，汽車B將會如何運動呢？ 也許大多數(shù)人會認(rèn)為，兩輛汽車應(yīng)該以完全一樣的速度向前行駛。遺憾的是，他們犯了想當(dāng)然的毛病。吳健雄的實驗證明了，在粒子世界里，汽車B將以完全不同的速度行駛，方向也未必一致！——粒子世界就是這樣不可思議地展現(xiàn)了宇稱不守恒。 宇宙源于不守恒 宇稱不守恒的發(fā)現(xiàn)并不是孤立的。 在微觀世界里，基本粒子有三個基本的對稱方式：一個是粒子和反粒子互相對稱，即對于粒子和反粒子，定律是相同的，這被稱為電荷(C)對稱；一個是空間反射對稱，即同一種粒子之間互為鏡像，它們的運動規(guī)律是相同的，這叫宇稱(P)；一個是時間反演對稱，即如果我們顛倒粒子的運動方向，粒子的運動是相同的，這被稱為時間(T)對稱。 這就是說，如果用反粒子代替粒子、把左換成右，以及顛倒時間的流向，那么變換后的物理過程仍遵循同樣的物理定律。 但是，自從宇稱守恒定律被李政道和楊振寧打破后，科學(xué)家很快又發(fā)現(xiàn)，粒子和反粒子的行為并不是完全一樣的！一些科學(xué)家進而提出，可能正是由于物理定律存在輕微的不對稱，使粒子的電荷(C)不對稱，導(dǎo)致宇宙大爆炸之初生成的物質(zhì)比反物質(zhì)略多了一點點，大部分物質(zhì)與反物質(zhì)湮滅了，剩余的物質(zhì)才形成了我們今天所認(rèn)識的世界。如果物理定律嚴(yán)格對稱，宇宙連同我們自身就都不會存在了——宇宙大爆炸之后應(yīng)當(dāng)誕生了數(shù)量相同的物質(zhì)和反物質(zhì)，但正反物質(zhì)相遇后就會立即湮滅，那么，星系、地球乃至人類就都沒有機會形成了。 接下來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)連時間本身也不再具有對稱性了！ 可能大多數(shù)人原本就認(rèn)為時光是不可倒流的。日常生活中，時間之箭永遠(yuǎn)只有一個朝向，“逝者如斯”，老人不能變年輕，打碎的花瓶無法復(fù)原，過去與未來的界限涇渭分明。不過，在物理學(xué)家眼中，時間卻一直被視為是可逆轉(zhuǎn)的。比如說一對光子碰撞產(chǎn)生一個電子和一個正電子，而正負(fù)電子相遇則同樣產(chǎn)生一對光子，這兩個過程都符合基本物理學(xué)定律，在時間上是對稱的。如果用攝像機拍下其中一個過程然后播放，觀看者將不能判斷錄像帶是在正向還是逆向播放——從這個意義上說，時間沒有了方向。 然而，1998年年末，物理學(xué)家們卻首次在微觀世界中發(fā)現(xiàn)了違背時間對稱性的事件。歐洲原子能研究中心的科研人員發(fā)現(xiàn)，正負(fù)K介子在轉(zhuǎn)換過程中存在時間上的不對稱性：反K介子轉(zhuǎn)換為K介子的速率要比其逆轉(zhuǎn)過程——即K介子轉(zhuǎn)變?yōu)榉碖介子來得要快。 至此，粒子世界的物理規(guī)律的對稱性全部破碎了，世界從本質(zhì)上被證明了是不完美的、有缺陷的。 發(fā)現(xiàn)過程 楊振寧、李政道和吳健雄是中國老百姓耳熟能詳?shù)拿?，他們的事業(yè)巔峰和“宇稱”緊緊聯(lián)系在一起。 用科學(xué)家的話說，宇稱是內(nèi)稟宇稱的簡稱。它是表征粒子或粒子組成的系統(tǒng)在空間反射下變換性質(zhì)的物理量。在空間反射變換下，粒子的場量只改變一個相因子，這相因子就稱為該粒子的宇稱。我們也可以簡單地理解為，宇稱就是粒子照鏡子時，鏡子里的影像。以前人們根據(jù)物理界公認(rèn)的對稱性認(rèn)為，宇稱一定是守恒的。這就像有正電子，就一定有負(fù)電子一樣。楊振寧教授1951年與李政道教授合作，并于1956年共同提出“弱相互作用中宇稱不守恒”定律。 這個道理其實很簡單。對稱性反映不同物質(zhì)形態(tài)在運動中的共性，而對稱性的破壞才使得它們顯示出各自的特性。如同建筑和圖案一樣，只有對稱而沒有它的破壞，看上去雖然很規(guī)則，但同時顯得單調(diào)和呆板。只有基本上對稱而又不完全對稱才構(gòu)成美的建筑和圖案。大自然正是這樣的建筑師。當(dāng)大自然構(gòu)造像DNA這樣的大分子時，總是遵循復(fù)制的原則，將分子按照對稱的螺旋結(jié)構(gòu)聯(lián)接在一起，而構(gòu)成螺旋形結(jié)構(gòu)的空間排列是全同的。但是在復(fù)制過程中，對精確對稱性的細(xì)微的偏離就會在大分子單位的排列次序上產(chǎn)生新的可能性，從而使得那些更便于復(fù)制的樣式更快地發(fā)展，形成了發(fā)育的過程。因此，對稱性的破壞是事物不斷發(fā)展進化，變得豐富多彩的原因。 楊振寧和李政道的親密合作是他們?nèi)〉镁薮蟪删偷幕A(chǔ)。楊振寧對此回憶說：我1948年6月獲得芝加哥大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位后，在密執(zhí)安大學(xué)度過了那一年的夏天。秋后，我返回芝加哥大學(xué)，被聘為物理系的講師。我一邊教課，一邊繼續(xù)做核物理和場論方面的研究。1948年尾，李政道和我合作研究衰變及俘獲，發(fā)現(xiàn)這些相互作用與衰變具有非常相似的強度。 李政道1946年秋到芝加哥大學(xué)當(dāng)研究生。我倆早些時候在中國或許見過面，然而，只是到了芝加哥才真正彼此相識。我發(fā)現(xiàn)他才華出眾，刻苦用功。我們相處得頗投機，很快就成了好朋友。我長他幾歲，又先他幾年當(dāng)研究生，便盡力幫助他。后來，費米做了他的學(xué)位論文導(dǎo)師，但他總是轉(zhuǎn)而向我尋求指導(dǎo)。因此，在芝加哥的歲月里，事實上我倒成了他的物理老師。 1953年，李政道到了哥倫比亞大學(xué)。為了繼續(xù)合作，我們訂立了相互訪問的制度。我每周抽一天時間去哥倫比亞，他則每周抽一天到普林斯頓或布魯克海文來。這種例行互訪保持了6年。而這段時間我們的興趣有時在基本粒子理論方面，有時則在統(tǒng)計力學(xué)方面。這是一種非常富有成果的合作，比我同其他人的合作更深入廣泛。這些年里，我們彼此相互了解得如此之深，以致看來甚至能知道對方在想些什么。但是在氣質(zhì)、感受和趣味等諸方面，我們又很不相同，這些差異對我們的合作有所裨益。我們的交往始于1946年，這種交往是親密的，它基于相互尊重、相互信任和相互關(guān)心。接著，迎來了1957年，以及我們的成功（雙雙獲得諾貝爾獎）。在我同李政道做朋友的16年間，我對他就像一位兄長。這種合作對物理學(xué)的貢獻良多，人們對此感到艷羨。李政道自己也斷言，這種合作對他的事業(yè)和成長具有決定性的影響。 談到楊振寧、李政道和宇稱不守恒時，有一位杰出的中國女性是絕對不能忘記的，她就是吳健雄。吳健雄博士在這場美國發(fā)生的、被物理學(xué)界稱之為“‘宇稱不守恒'的革命”中，有著重大貢獻。 楊振寧和李政道從理論上懷疑宇稱律作用于基本粒子弱相互作的正確性后提出，如果在弱交換作用下，奇偶性不守恒，那么一群有向原子核的貝塔射線應(yīng)呈軸向的不對稱分布。兩位科學(xué)家為了證明他們預(yù)言的正確性，找到了吳健雄博士。吳健雄有許多新巧的物理實驗技術(shù)廣泛為其他物理學(xué)家所采用，許多物理學(xué)家在實驗上遭遇到困難，也會尋求她的協(xié)助。在楊李提出請求后不久，吳健雄博士就與華盛頓的美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的阿貝爾博士商討合作這一實驗的可能性，實際工作在3個月后開始。她在極低溫度（絕對零度以上0.01攝氏度）的磁場中，觀測鈷60衰變?yōu)殒?0，及電子和反微子的弱交換作用，果然電子及反微子均不遵守宇稱守恒原理。 實驗成功了，吳博士證明了楊振寧和李政道的理論，推翻了物理學(xué)上屹立不移三十年之久的宇稱守恒定律。這一發(fā)現(xiàn)，使瑞典皇家科學(xué)院立即將1957年的諾貝爾物理獎，頒發(fā)給楊振寧和李政道兩位博士，因為他們指正了過去科學(xué)家所犯的嚴(yán)重錯誤，更開啟基本粒子“弱交換作用”一些規(guī)則的研究，使人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)層的認(rèn)識邁進了一大步。美國作家李·伊得遜說：吳健雄博士經(jīng)過了不知多少次艱辛而復(fù)雜的實驗，方使楊、李二位在理論上的突破，獲得了實驗上的證明。吳健雄在實驗中發(fā)現(xiàn)了電子傾向于左手旋的現(xiàn)象，不僅改變了物理科學(xué)中“宇稱守恒”的基本信念，同時也影響到化學(xué)、生物、天文和心理學(xué)的發(fā)展。雖然吳健雄博士沒有得到諾貝爾獎，但她所從事工作的重要性并不因此而降低，反而因其他榮推崇和榮譽和紛至沓來，而更顯得成就輝煌。普林斯頓大學(xué)授予她榮譽哲學(xué)博士學(xué)學(xué)位時，校長鄭重地宣布：吳健雄博士已充分獲得被稱譽為世界上最偉大物理實驗學(xué)家的權(quán)利。宇稱不守恒原理徹底改變了人類對對稱性的認(rèn)識，促成了此后幾十年物理學(xué)界對對稱性的關(guān)注。 發(fā)現(xiàn)人物 三名科學(xué)家獲得如此大的成績，有一個共同點，就是熱愛自己的祖國，努力從中國的文化精髓中吸取營養(yǎng)。 中國科學(xué)院院長、物理學(xué)家周光召教授用“使中華民族感到驕傲和自豪的偉大科學(xué)家”來概括楊振寧教授業(yè)已取得的學(xué)術(shù)成就。他說，楊振寧教授身上有著非常深厚的中國文化傳統(tǒng)，同時他又兼融了西方文化傳統(tǒng)中的優(yōu)秀部分，將二者融會貫通，從而形成了他治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、為人樸實的獨特風(fēng)格，令人欽佩、堪稱楷模。 1996年6月，楊振寧在接受記者采訪時被問道：“您是一位享譽世界的科學(xué)家，現(xiàn)在又榮任中國科學(xué)院外籍院士，您怎樣看待這個榮譽？”楊振寧先生沉吟片刻，動情地說：“我還是一個中國人，我非常珍視中國科學(xué)院外籍院士這個榮譽，我為此而驕傲?！币环胃?，道出了這位飲譽海內(nèi)外的美籍華裔物理學(xué)家深厚的中國情結(jié)――楊振寧1922年出生在安徽合肥，家學(xué)淵源，使他從小就受到很好的教育?？箲?zhàn)時期，他在昆明的西南聯(lián)大獲得理科學(xué)士學(xué)位，1944年在清華大學(xué)獲得科學(xué)碩士學(xué)位。1945年冬赴美留學(xué)，1948年，獲芝加哥大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位，后長期在美國普林斯頓高級學(xué)術(shù)研究所工作，此后又在紐約州立大學(xué)石溪分校主持理論物理研究所的工作。 近代理論物理學(xué)許多領(lǐng)域的發(fā)展，都與楊振寧的名字分不開。1949年，楊振寧與世界著名的物理學(xué)家費米一起，提出了基本粒子的結(jié)構(gòu)模式，即費米－楊模型；與米爾斯合作，提出的規(guī)范場理論，確立了楊振寧20世紀(jì)后半葉物理學(xué)奠基人的地位；1956年，楊振寧與李政道合作，提出了弱相互作用中宇稱不守恒的理論，這一重大成果沖破了當(dāng)時物理學(xué)界的傳統(tǒng)觀念，促進了基本粒子理論的發(fā)展，被科學(xué)家們稱之為“科學(xué)史上的轉(zhuǎn)折點”，從而與李政道于1957年一同獲得諾貝爾物理獎。楊振寧自始至終認(rèn)為，青少年時期在國內(nèi)受到中國傳統(tǒng)文化教育的影響，對自己事業(yè)取得成就至關(guān)重要。因此，在獲得諾貝爾物理獎頒獎典禮上，楊振寧講到：“我雖然獻身于現(xiàn)代科學(xué)，我對于我所承受的中國傳統(tǒng)和背景引以為自豪?！?作為一個炎黃后裔，楊振寧身居美國，卻情系故國。他一生追求科學(xué)真理，對科學(xué)的濃厚興趣和飽滿的熱情，與他對中國的科學(xué)技術(shù)發(fā)展所傾注的關(guān)切之情是分不開的。從1971年的首次回國，到改革開放的今天，他深感祖國的日新月異的變化。如今他每年都回國講學(xué)、訪問，為加強中國與世界的科技交流、促進中國的科技發(fā)展不遺余力。對此，他說“因為同時扎根于中美兩大民族的文化，因此，對增進兩國間的友好和了解肩負(fù)著特別的責(zé)任”。 1994年楊振寧回國時在中國科技大學(xué)為幾千名學(xué)子講述“中國科技500年發(fā)展史”，曾感染和鼓舞了無數(shù)的學(xué)子。當(dāng)記者此刻和楊振寧談起他的一篇非常有影響力的演講報告《現(xiàn)代科學(xué)進入中國的歷史回顧及其前瞻》，并請他就中國的科技發(fā)展如何面對激烈的競爭、迎接21世紀(jì)的挑戰(zhàn)這一問題談?wù)効捶〞r，楊振寧感慨而自信地說：“中國過去故步自封，落后于西方，現(xiàn)在卻發(fā)展得很快。只有依靠科學(xué)教育，才能振興中華。中國有數(shù)不清的優(yōu)秀人才，有幾千年優(yōu)秀的傳統(tǒng)，加上現(xiàn)在的改革開放和經(jīng)濟的發(fā)展，中國一定會迎頭趕上?！?12年前，楊振寧訪問中國時欣然寫下的詩中有“塵寰動蕩二百代，云水風(fēng)雷變幻急；若問那山未來事，物競天存爭朝夕”。出自這位物理學(xué)家口中的詩句，分明也是他對中國騰飛之日的殷殷期待。楊振寧堅信在當(dāng)今的世紀(jì)之交，伴隨著中國“科教興國”戰(zhàn)略的實施，中國一定會迎頭趕上；隨著中華民族的騰飛，中國很快也會驕傲地屹立于世界科技強國之林，成為東方科學(xué)的巨子。 1997年5月25日，中國科學(xué)院和江蘇省人民政府在南京舉辦“楊振寧星”命名大會?！皸钫駥幮恰睘閲H編號3421號小行星。它是中科院紫金山天文臺1975年11月26日發(fā)現(xiàn)的。 已經(jīng)七十多歲的李政道從事物理科學(xué)研究已經(jīng)五十年了，在半個世紀(jì)的科學(xué)生涯中，他以天才和勤奮在高能物理、天體物理、流體力學(xué)、統(tǒng)計物理，凝聚態(tài)物理和廣義相對論等領(lǐng)域都卓有建樹。從1972年起，他又以深厚的愛國情懷致力于支持祖國科學(xué)教育事業(yè)發(fā)展，積極推進中外科學(xué)交流合作，建議設(shè)立博士后制度，幫助建立完善自然科學(xué)基金制度。他傾注大量心血促成了北京正負(fù)電子對撞機的建成和運行。十年前，他倡議我國建立中國高等科學(xué)技術(shù)中心和北京現(xiàn)代物理研究中心。十年來，這兩個中心在李政道教授的主持下，開展了大量中外學(xué)術(shù)研究交流，取得了許多重要研究成果，不斷培養(yǎng)著高級科技人才。李政道教授這五十年，是他用自己聰明才智探求科學(xué)奧秘、為祖國和人類科學(xué)發(fā)展勤奮奉獻的五十年。但是，這位功成名就年逾古稀的杰出學(xué)者始終不滿足，他仍以蓬勃朝氣矚目未來，希望在即將到來的21世紀(jì)再作新的貢獻。中國科學(xué)院紫金山天文臺發(fā)現(xiàn)的、國際編號為3443號小行星已榮獲國際有關(guān)機構(gòu)批準(zhǔn)，正式命名為“李政道星”。中國科學(xué)院1997年5月30日在北京隆重舉行了“李政道星”命名典禮。從此，李政道的名字鑲上了太空星辰，伴隨著3443號小行星遨游并閃耀在宇宙星河?！袄钫佬恰保▏H編號為3443號小行星）是中國科學(xué)院紫金山天文臺1979年9月26日發(fā)現(xiàn)的?！袄钫佬恰毖刂粋€偏心率為0.3的橢圓軌道繞日運行，到太陽的平均距離為3億5千9百萬公里，繞太陽一周需3.70年。 吳健雄1934年畢業(yè)于中央大學(xué)物理系，后赴美國留學(xué)，先后獲得加利福尼亞大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、耶魯大學(xué)、哈佛大學(xué)等院校的理學(xué)博士學(xué)位。1954年加入美國籍。1973年，她當(dāng)選為美國物理學(xué)會會長，并為英國愛丁堡皇家學(xué)會榮譽會員，美國國家科學(xué)院院士、美國藝術(shù)與科學(xué)院院士。1994年，她獲得全美華人杰出成就獎。 吳健雄教授一直關(guān)心中國科技事業(yè)的發(fā)展，從1973年起多次到中國探親、訪問講學(xué)。她是北京大學(xué)、南京大學(xué)名譽教授，并在東南大學(xué)建有吳健雄實驗室。1990年，南京紫金山天文臺將其發(fā)現(xiàn)的一顆小行星命名為“吳健雄星”。1994年6月，她當(dāng)選為中國科學(xué)院首批外籍院士。1997年2月16日，吳健雄教授因再次中風(fēng)逝世，享年85歲。在她的丈夫、物理學(xué)家袁家騮教授等親屬的護送下，她的骨灰被安葬在她接受啟蒙教育的母?！K蘇州太倉市瀏河鎮(zhèn)明德學(xué)校新落成的“吳健雄墓園”內(nèi)，實現(xiàn)了她魂歸故里的夙愿。 在吳教授80壽誕時，袁家騮在祝壽儀式上簡要介紹了吳健雄博士的簡歷后說，求學(xué)時期的吳健雄，對史地深感興趣，文學(xué)造詣也不凡，其后她在物理學(xué)上有所成就，使一般人反而忽略了她在文學(xué)上的才干。當(dāng)時已經(jīng)退休的吳健雄博士在祝壽儀式上致詞說，從事科學(xué)研究沒有捷徑，“基本修養(yǎng)就是由興趣、觀察、實驗、毅力等辛苦做起”。 西方科學(xué)家稱吳博士是中國的居里夫人，也曾是諾貝爾獎得主的艾米里·肖格萊博士譽她為“垂簾聽政的核子物理學(xué)女王”。 影響 “宇稱不守恒原理”的影響是深遠(yuǎn)的。許多人說：“很難想象，假若沒有楊和李等的工作，今天的理論物理會是什么樣子？！”1998年年末，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)首例違背時間對稱性事件。歐洲原子能研究中心的科研人員發(fā)現(xiàn)，正負(fù)K介子在轉(zhuǎn)換過程中存在時間上的不對稱性。這一發(fā)現(xiàn)雖然有助于完善宇宙大爆炸理論，但卻動搖了“基本物理定律應(yīng)在時間上對稱”的觀點。 正如人們經(jīng)常感嘆那樣，時光不可倒流。日常生活中，時間之箭永遠(yuǎn)只有一個朝向。老人不能變年輕，打碎的花瓶無法復(fù)原，過去與未來的界限涇渭分明。但在物理學(xué)家眼中，時間卻一直被視為是可逆轉(zhuǎn)的。比如說一對光子碰撞產(chǎn)生一個電子和一個正電子，而正負(fù)電子相遇則同樣產(chǎn)生一對光子，這個過程都符合基本物理學(xué)定律，在時間上是對稱的。如果用攝像機拍下兩個過程之一然后播放，觀看者將不能判斷錄像帶是在正向還是逆向播放。從這個意義上說，時間沒有了方向。 物理學(xué)上這種不辨過去與未來的特性被稱為時間對稱性。經(jīng)典物理學(xué)定律都假定時間無方向，而且也確實在宏觀世界中通過了檢驗。但近幾十年來，物理學(xué)家一直在研究時間對稱性在微觀世界中是否同樣適用。歐洲原子能研究中心的一個小組經(jīng)過長達三年的研究最近終于獲得了突破。他們的實驗觀測首次證明，至少在中性K介子衰變過程中，時間違背了對稱性。 由來自九個國家近百名研究人員組成的這一小組在實驗中研究了K介子反K介子相互轉(zhuǎn)換的過程。介子是一種質(zhì)量比電子大，但比質(zhì)子與中子小，自旋為整數(shù)，參與強相互作用的粒子，按內(nèi)部量子數(shù)可分為π介子、ρ介子和K介子等。研究人員在實驗中發(fā)現(xiàn)，反K介子轉(zhuǎn)換為K介子的速率要比其時間逆轉(zhuǎn)過程、即K介子轉(zhuǎn)變?yōu)榉碖介子來得要快。這是物理學(xué)史上首次直接觀測到時間不對稱現(xiàn)象。 現(xiàn)代宇宙理論曾認(rèn)為，宇宙大爆炸之初應(yīng)該產(chǎn)生等量物質(zhì)和反物質(zhì)，但當(dāng)今的宇宙卻主要為物質(zhì)世界所主宰，這一現(xiàn)象一直讓人困惑。歐洲核子中心新實驗證明，反物質(zhì)轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的速度要快于其相反過程，因此它為宇宙中物質(zhì)量為何遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過反物質(zhì)量提供了部分答案。另外，新成果對物理學(xué)基本對稱定律研究也有重要意義。物理學(xué)家們一直認(rèn)為，除了基本物理定律不受時間方向性影響外，物體在空間物理反射的過程以及粒子與反粒子的變換過程也應(yīng)遵循對稱性。時間、宇稱和電荷守恒定律被認(rèn)為是支撐現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)之一。 本世紀(jì)50年代來，物理學(xué)家先后發(fā)現(xiàn)一些守恒定律有時并不完全滿足對稱性。美籍華人物理學(xué)家楊振寧和李政道曾提出弱相互作用中宇稱不守恒理論并經(jīng)實驗證實，之后美國人詹姆斯·克羅寧和瓦爾·菲奇又發(fā)現(xiàn)K介子衰變過程違背宇稱和電荷聯(lián)合對稱法則，他們都因此而獲諾貝爾物理學(xué)獎。由于時間、宇稱和電荷作為一個整體被認(rèn)為應(yīng)該守恒，物理學(xué)家們曾猜想說，時間在特定情況下會違背對稱性。歐洲核子中心的成果首次證實了這一猜想。 1999年3月，科學(xué)家稱直接觀測證明電荷宇稱定律有誤。美國費米實驗室宣布說，該實驗室以前所未有的精度，基本“確切無疑”地證明中性K介子在衰變過程中直接違背了電荷宇稱聯(lián)合對稱法則。這一結(jié)果被認(rèn)為是物質(zhì)和反物質(zhì)研究領(lǐng)域的一項重要進展。 目前普遍接受的物理學(xué)理論認(rèn)為，每一種基本粒子都有其對應(yīng)的反粒子。譬如說與帶負(fù)電的電子相對應(yīng)，就存在質(zhì)量相同、攜帶電荷正好相反的正電子。在反物質(zhì)理論提出后，科學(xué)家們一直認(rèn)為，粒子和反粒子之間在特性上存在對稱，就象人們通過鏡子看自己一樣。這些對稱特性主要包括基本物理定律不受時間方向性影響，以及空間反射下的物理過程以及粒子與反粒子的變換過程遵循對稱，它們分別被稱為時間、宇稱和電荷守恒定律。 1964年，美國物理學(xué)家克洛寧和菲奇發(fā)現(xiàn)，K介子與其反物質(zhì)反K介子之間違背宇稱和電荷聯(lián)合守恒定律。但兩位物理學(xué)家主要通過K介子與反K介子的量子力學(xué)波動效應(yīng)而觀測到其違背電荷宇稱守恒現(xiàn)象，因此被認(rèn)為是一種間接觀測。自60年代以來，世界各國物理學(xué)家也先后得出一些類似結(jié)果，但基本也都屬于間接觀測范疇。而要想直接證明K介子違背宇稱和電荷聯(lián)合守恒定律，其主要途徑是研究K介子衰變?yōu)槠渌Ｗ拥倪^程。K介子可衰變?yōu)閮蓚€介子。物理學(xué)家們曾從理論上指出，通過實驗測量出一定數(shù)量K介子中有多少衰變?yōu)榻樽?，這一比值如果不接近零，那么即可被視為直接證明了宇稱和電荷聯(lián)合定律不守恒。 據(jù)報道，各國科學(xué)家們近年來一直在從事K介子衰變?yōu)榻樽颖戎档臏y算，但所獲得結(jié)果都無法被認(rèn)為是確切的證明。而費米實驗室所獲得的最新數(shù)值結(jié)果（0.00280誤差0.00041），由于其精確度比此前實驗都有所提高，從而直接證明了宇稱和電荷守恒定律確實有局限性。 宇稱和電荷聯(lián)合定律不守恒最早發(fā)現(xiàn)者之一、曾獲1980年諾貝爾物理獎的克洛寧教授在評價費米實驗室新成果時稱，這是自發(fā)現(xiàn)違背宇稱和電荷守恒定律的現(xiàn)象35年來，人們首次獲得的有關(guān)該問題真正新的認(rèn)識。普林斯頓大學(xué)教授瓦爾·菲奇說：“這個結(jié)果讓人極其詫異，這是完全沒有預(yù)料到的，它非常、非常有意思?！?科學(xué)家計劃繼續(xù)在費米實驗室進行實驗和計算，以驗證這些最新觀察結(jié)果是否確實。與此同時，如果你想知道世界為什么會是現(xiàn)在這個樣子，答案完全就在于左右之間的差異―――你只要看看鏡子就行了。參考資料：
