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图七:四大基本相互作用
而基本粒子的反应在微观世界 , 在这里引力比较微弱 , 所以主要是后三种相互作用发挥作用 。 在这里我们要讲的就是有弱相互作用参与的基本粒子反应 , 李政道和杨振宁在整理之前的研究工作时发现 , 似乎没有直接的实验证据能够证实 , 在有弱相互作用参与的粒子反应中 , 宇称应当在反应前后保持守恒 。 基于当时的“θ-τ 疑难“(小编注:θ、τ 两个量子数完全相同的粒子 , 发生两种完全不同的衰变 [3]) ,他们提出了在基本粒子弱相互作用反应中宇称有可能不守恒的猜测 , 在一年后的1957 年另一位华人物理学家吴健雄(小编注:不要被这霸气的名字吓到了 , 吴健雄是一名女物理学家)用 β 衰变实验证这一猜测 。 β 衰变是一种非常著名的基本粒子反应 , 形式如下:
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图八:最著名的弱相互作用反应:β衰变 。 图片来自维基百科其中 n 是中子 , p 是质子 ,e 是电子 ,
中微子(neutrino) , 叫做反电子中微子 。 简而言之 , β 衰变就是一个中子会自发消失 , 然后“变成”一个质子 , 一个电子和一个中微子 。 β 衰变是现代物理学最重要的粒子反应之一 , 在这个反应的过程中 , 宇称被证实是不守恒的 。 根据诺特定律可以得知 , 这个粒子反应所在的物理系统不具有空间的翻转不变对称性 。 那么 , 究竟是什么原因破坏了这种对称性呢?其实关键的原因在于 , 反应产生的中微子
第三章:中微子——宇称不守恒之谜的钥匙
我们已经知道
中微子是现当代科学中的明星粒子 , 它的诸多神奇性质引起了实验和理论物理学家的而高度关注 。 中微子有
1)中微子是一种“轻子” 。 这是基本粒子的一种类型 , 顾名思义它们的质量都相对很轻 , 并且在粒子反应中只参加弱相互作用而不参加强相互作用;
2)中微子常常被物理学家们看做“幽灵粒子” 。 它不会衰变成其他粒子 , 寿命为无穷大 , 穿透力极强 , 能持续不断地保持(接近)光速的运动 , 与其他粒子的反应极其微弱 , 可以“来无影去无踪” , 难以被直接捕捉到;
3)中微子质量之谜 。 在很长的历史中 , 物理学家相信中微子是没有质量 , 但是关于中微子的质量的相关问题一直是粒子物理学界争论的焦点 。 在上世纪“中微子振荡”现象被发现使得许多物理学家相信中微子具有质量 , 不过限于篇幅 , 本文暂不涉及这一方面的讨论;
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