弱作用中的宇称不守恒.docVIP

第三章补充：弱作用中宇称不守恒 　　在1956年以前，由于在宏观世界中，物理规律在空间反射变换下是不变的，因而很自然地把这一结论推广到微观世界中，即认为微观世界中宇称是守恒的。 1956年，李政道和杨振宁在分析疑难时指出，宇称守恒在强作用和电磁作用中是经过实验检验过的，而在弱作用中却没有经过实验的检验，因此疑难是由于在弱作用情况下宇称不守恒引起的，并建议用60Co的衰变实验进行检验。１９５７年，吴健雄等人进行了这一实验，并证实了这一结论。 1．疑难与李－杨假说: 我们已经讨论过，宇称守恒是指一个孤立体系的宇称不随时间变化，即在核衰变，核反应前后，系统的宇称不变。 长期以来，在微观世界中，宇称守恒问题，并没有引起人们的怀疑。但是在1956年的前几年出现的疑难，使物理学家困惑不解，一些物理学家开始怀疑宇称守恒的普遍性。 实验发现，介子和介子的一切性质都相同，并且总是同时产生，在K介子衰变中占固定的比例（下表）。因此，我们自然想到，它们是同一粒子，只是衰变方式不同而已。但是，根据宇称守恒，应为偶宇称，应为奇宇称。现分析如下。,和介子自旋均为零。 对的衰变： 由角动量守恒，的总角动量J＝0，则它们的相对运动角动量，衰变后的宇称， 如果宇称守恒，衰变前后系统宇称相等，即，则可得的宇称为偶。 表2.4.1 ,的性质 粒子 衰变方式 占所有K介子衰变比例 m(MeV) () 6% 966.32.0 1.190.05 29% 966.72.0 1.120.02 　　对于的衰变：，仍有，则 如果宇称守恒，则可得为奇宇称。 　　根据这些分析，可以认识到，如果认为宇称守恒是普遍成立的，只能判定与不是同一种粒子，这与前面有它们的质量、寿命等性质相同而认为是同一粒子看法矛盾。这就是五十年代中期产生的疑难。 　　解决疑难的办法只有有两种： 　　1)认为，是一种粒子，宇称在这种衰变中不守恒； 2)宇称守恒是普遍成立的，，是两种粒子。 李政道和杨振宁认真研究了这一问题。他们分析，在强相互作用和电磁相互作用中宇称守恒性得到了广泛的验证；但在弱相互作用中，从来没有验证过宇称的守恒性，只是简单的推论而已。他们提出了弱相互作用中宇称不守恒的假说，认为疑难正是弱相互作用中宇称不守恒的表现。他们建议，可以通过测量极化的 核的 衰变来检验宇称的守恒。 的衰变实验，由吴健雄设计和进行的实验。 设一原子核，它的自旋向上，则它的镜象自旋向下。当沿着自旋的反方向发射粒子时，其镜象过程就沿着自旋方向发射粒子。如果衰变时宇称是守恒的，上述过程都能实现，因而原子核沿着自旋的方向和沿着自旋的反方向发射粒子的概率应该一样。 实验的难点在于必须把核按一定的自旋方排列起来，就是使核极化。使核极化的一般方法是在低温的条件下外加强磁场。吴的实验是在具有低温条件的美国国家标准局完成的。把混合在硝酸铈镁单晶表面，这种物质为顺磁材料，在外磁场作用下，可产生很强的内磁场。把装置放在液氦中，达到，再绝热退磁，使温度达到。实验证明，沿自旋反方向发射粒子的概率明显的高于沿自旋相同方向发射的粒子，令人信服地证明衰变宇称是不守恒的。 在吴健雄等人实验完成后，又有实验证实了介子衰变中，宇称亦不守恒。 2