1900:游走在欧洲的物理学霸 第889节

  但很快,一个奇怪的实验结果否定了这种观点。

  物理学家发现,θ粒子和τ粒子的衰变产物是不一样的!

  θ粒子会衰变为2个粒子,而τ粒子却衰变为3个粒子。

  很显然,这个实验充分说明θ粒子和τ粒子并不是同一种粒子!

  此外,物理学家还验证了两种粒子的奇偶性不同。

  θ粒子的衰变产物的波函数是偶性,那么根据宇称守恒,θ粒子的波函数应该是偶性。

  而τ粒子的衰变产物的波函数是奇性,因此,τ粒子的波函数是奇性。

  现在问题来了,两种粒子不仅衰变产物不一样,奇偶性也不一样。

  按理来说,它们很明显是不同的粒子。

  但是测量结果又显示,两种粒子的性质可以说完全一致,最多有一些测量上的误差而已。

  如此匪夷所思的现象,让当时的所有物理学家都摸不着头脑,觉得不可思议。

  这就是所谓的“θ-τ之谜”。

  直到两位年轻的华人物理学家对这个问题产生了兴趣。

  他们就是大名鼎鼎的杨振宁和李政道。

  二人系统地梳理了整个实验,发现了一个奇怪的点。

  那就是衰变是弱力支配的范畴。

  而根据已知的实验,宇称守恒在引力、电磁力、强力中都得到了验证,却唯独没有在弱力中得到验证。

  因为物理学家们都默认,宇称守恒在弱力中肯定也是正确的。

  年轻果然好啊!

  胆大!

  杨李二人在检索了大量资料后,提出了一个惊人的猜想:

  “如果宇称在弱力中并不守恒呢?”

  轰!

  这个惊世骇俗的猜想,把两人都吓了一跳,实在太大胆了!

  但但是如果真的承认宇称不守恒,那么就能完美解释θ-τ之谜了。

  θ粒子和τ粒子其实就是同一种粒子,假设叫x粒子。

  因为宇称在弱力下不守恒,所以当x粒子发生衰变时,产生了不同的镜像变化,出现了两种衰变过程。

  若x粒子衰变为2个粒子,那么它就是θ粒子,而衰变为3个粒子,它就是τ粒子。

  逻辑简直完美!

  当杨李二人把论文发表后,简直掀起了物理学界的滔天巨浪!

  所有人都认为他们两个疯了。

  “不可能!绝对不可能!”

  就连当世的很多超级大佬们也不认可。

  他们觉得这简直和推翻能量守恒定律一样可笑。

  是的,在当时的物理学界,宇称守恒和能量守恒都是颠之不破的真理。

  杨振宁李政道是谁?

  哗众取宠!

  泡利甚至公开和人打赌,如果宇称不守恒,他就给对方一千美元。

  不得不说,泡利的脸皮确实够厚,不知道被打了多少次了。

  为了验证自己的猜想,杨李二人希望找到牛逼的实验物理学家来帮助他们,用实验验证。

  可惜,没有人愿意帮助两个异想天开的华夏人。

  就在这时,一个同为华裔的女性出手了!

  她就是大名鼎鼎的吴健雄!

  同为华裔,吴健雄自然对杨李二人很有好感,鼎力相助。

  凑巧的是,当时的吴健雄正好是研究β衰变的实验物理学家,她对这个实验再熟悉不过了。

  于是,三人合力,研究出一个可行的实验方案。

  科学历史的车轮终于被华夏人转动了!

  实验方案听起来非常简单:

  首先找到一种具有放射性的粒子,然后分成两个部分,让其中一部分的自旋向左,另外一部分的自旋向右。

  如此一来,这两部分粒子就满足空间镜像对称。

  这时候,观测和记录两边粒子在发生β衰变时,其产生的放射线的性质是否满足宇称守恒。

  最后,吴健雄根据自己的经验,选择了钴元素作为放射源。

  钴元素衰变后会变成镍元素,并释放电子、中微子和γ射线。

  其中电子是非常友好的粒子,很容易观测。

  因此,只要检测放射出的电子的情况,就能完成实验。

  方案搞定,接着就开始实验!

  实验最难的一步就是制作出自旋不同的两种钴原子。

  为此,吴建雄动用了自己的一切人脉关系,借到了当时美国最先进的低温装置。

  它能把钴原子冷冻到无限接近绝对零度。

  这时候的钴原子非常稳定。

  然后,吴建雄再利用强磁场,把其中一部分钴原子的自旋方向极化,使其自旋相反,从而满足镜像对称关系。

  实验正式开始!

  此时,结果有两种可能的情况。

  第一种,向左自旋的钴原子,其放射出的电子向右自旋;向右自旋的钴原子,其放射出的电子向左自旋。

  这说明二者的衰变行为是一样的,宇称守恒。

  第二种,向左自旋的钴原子,其放射出的电子向右自旋;但向右自旋的钴原子,其放射出的电子也向右自旋。

  这说明二者的衰变行为是不同的,宇称不守恒。

  (奇偶和自旋的关系,大家不用了解)

  可想而知,当时杨振宁、李政道、吴健雄三人在等待实验结果时的心情是什么样的。

  实验结果出来了!

  是第二种!

  皇天不负有心人!

  他们证明了宇称不守恒!

  那一刻,三人喜极而泣!

  当论文发表的时候,造成了物理学界的超级大地震。

  很快,不断有其他团队重复了吴健雄的实验。

  实验结果全部证明,宇称在弱力下不守恒!

  物理学界沸腾了!

  仅仅第二年,1957年,杨振宁和李政道就因此获得了物理诺奖。

  这放在整个诺奖的颁奖史上,都是极其罕见的速度,可见其震撼性!

  当初被所有人看不起的两个年轻人,一跃成为当世最顶级的物理大佬,傲视群雄!

  泡利的脸顺便也被打肿了。

  当时杨李二人还是华夏籍,因此这是华夏在物理学界的突破!

  但可惜的是,女中豪杰,号称“东方居里夫人”的吴健雄却无缘诺奖。

  不久,整个物理学界都慢慢接受了宇称不守恒的事实。

  而宇称不守恒其实就意味着空间镜像并不对称。

  至少在物理学领域的弱力下,空间镜像并不对称。

  这种不对称破坏了大自然的美感。

  就好像上帝是个拙劣的画家,又或者宇宙的创造者是个蹩脚的程序员。

  为什么要在那么和谐完美的宇宙系统中,塞了这样一个“Bug”进来。

  于是,有部分大佬依然不甘心,想给这个bug打上一个补丁。

  朗道就是其中之一,他提出了一个极其巧妙的观点。

  不过,那就是另外一段故事了。

  现在,让我们再回过头看,那个镜子的描述。

  此时,大家应该知道,宇称不守恒和镜子其实没有任何关系。

  用猜拳行为来解释也是不对的。

  如果你非要用镜子和猜拳来比喻,讲给小学生听,可以这样说:

  “宇称不守恒是指粒子在镜子内外的运动特性不一样!”

  “比如你出拳,镜子里的你也出拳,但是它的拳头比你的小。”

  “而不是你出拳,镜子里出布。”

  是【同一个运动的特性】不对称,而不是【不同的运动方式】不对称。

  此外,还有个常见的故事是,如何向外星人解释什么是“左”和“右”。

  你用左手和右手肯定是不行的。

  有人说,宇称不守恒证明了人类可以精确地定义左和右。

  额,这其实也是个误解,纯粹是文字游戏而已。

  宇称不守恒确实打破了对称性,但是和左右没什么关系,你想怎么定义都成。

  你当面给外星人做个钴元素的衰变放射实验,选择其中的一半自旋方向,命名为左或者右都行。

  后来,物理学家将宇称不守恒应用在大爆炸理论中,从而提出正物质比反物质多的猜想。

首节上一节889/949下一节尾节目录