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为了庆祝杨振宁的100岁诞辰 ， 我们今天就来讲讲他的诺贝尔奖：宇称不守恒 。
宇称(Parity)：宇 ， 空间；称 ， 对称 。 因此 ， 宇称简单来说就是空间对称 。 它本质上是一种非常简单的数学运算 ， 只是翻转坐标轴的符号 。 因此每当将P变换应用于给定的物理现象时 ， 物理量就会以坐标系本身翻转其符号的方式发生变化 。
例如 ， 我们有坐标轴(X Y Z) ， 当进行P变换时 ， 最终会得到(-X -Y -Z) 。 这意味着将坐标轴XYZ倒置 ， 从右手坐标系转到左手坐标系 。 因此 ， 每当我们谈论P变换时 ， 我们通常会联想到镜像 ， 因为当我们站在镜子前面时 ， 我们的右手就会变成左手 。
当我们应用这种P变换时 ， 某些物理量的符号可能会发生变化 ， 而某些物理量的符号可能不会发生变化 。 例如 ， 粒子的位置矢量r是相对于坐标系定义的位 ， 因此在P变换下经历符号翻转变成-r 。 类似地 ， 动量p也将变为-p ， 加速度a也将变为-a 。 根据牛顿第二定律 ， 力的方向也将发生改变 。
但是 ， 一些物理量的符号却不会发生变化例如角动量L 。 角动量是位置矢量和动量的叉积 ， 而位置矢量和动量同时改变符号而互相抵消 。 因此 ， 即使在P变换下 ， 角动量的方向也保持不变 。 同理可推 ， 量子粒子的自旋角动量S的方向 ， 在P变换下也不会发生方向变化 。
现在我想说的是 ， 假设一个粒子在某种力的情况下形成了一个轨迹 ， 该轨迹的镜像也是该
不仅是牛顿第二定律 ， 万有引力定律、麦克斯韦方程甚至是量子力学在P变换下都是不变的 。 也就说说 ， 不管是经典物理还是量子物理 ， 都不能用来区分我们是在左手宇宙还是右手宇宙 。 这就是所谓的宇称守恒 ， 在很长一段时间内都被认为是正确的想法 。 直到1950年代后期 ， 在涉及弱相互作用时 ， 杨振宁和李政道提出了宇称不守恒 。
当时 ， 科学界出现了“θ-τ”疑难 。 实验中发现的θ粒子和τ粒子性质非常相似 ， 但它们具有两种不同的衰变方式：θ粒子会衰变到2π模式 ， τ粒子会衰变到3π模式 。 杨振宁和李政道在1956年发表了《弱相互作用中的宇称守恒质疑》的论文 ， 认为基本粒子弱相互作用宇称不守恒 ， θ和τ是同一种粒子 。 吴健雄在杨振宁和李政道的建议下 ， 使用钴60进行实验 ， 验证了弱相互租用下的宇称不守恒 。
要理解这个实验 ， 我们要先了解中微子的手性 。 当自旋的方向与动量的方向相同时 ， 我们称它是右手中微子；反之 ， 我们称之为左手中微子 。 在P变换下 ， 上面已经说过 ， 自旋的方向不会改变 ， 而动量的方向会改变 。 因此 ， 在P变换下 ， 中微子的手性会改变 。 但在现实宇宙中 ， 只有左手中微子和右手反中微子的存在 ， 而其他基本粒子都是同时拥有左手性和右手性 。 如果
说回吴健雄实验 ， 钴60静止在一个强磁场中 ， 这样它的自旋方向就会与磁场对齐 。 在β衰变中 ， 钴60变成镍60并放出一个电子和一个反中微子 。 如果宇称守恒 ， 那么实验预估会出现两种概率相当的结果：第一种结果是电子的运动方向与钴60的自旋方向相反 ， 也就是说电子是左手性的；第二种结果是电子的运动方向与钴60的自旋方向相同 ， 也就是说电子是右手性的 ， 具体如下图所示 。
【杨振宁百岁之际，什么是宇称不守恒？】如果存在
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