邮票上的物理学史（62）--粒子物理学:观念和理论(续)

理论上的另一进展是对相互作用中对称性和守恒量的研究.原来以为,在各种相互作用中,都有空间反射变换P、电荷共轭变换C和时间反演变换T下的不变性.不过,这只是人们抱有的一种观念,除了泡利在1955年曾在一般前提下从理论上证明了在CPT联合变换下量子场论的不变性以外,其他的都未曾在实验或理论上得到过证明.1955年,出现了所谓θ-τ之谜.1956年,李政道和杨振宁分析了以往的实验,他们发现,在弱作用中宇称守恒从来没有得到过实验的确证.因此他们提出,弱相互作用中宇称不守恒(没有空间反射变换下的不变性),这样也就没有θ-τ之谜了.1957年,吴健雄领导的小组按照李政道和杨振宁的建议,进行了极化原子核钴60的β衰变实验,证实宇称不守恒.随后不久,其他的弱作用实验也证实了宇称不守恒,而且C宇称也不守恒.李政道(图12,内维斯1995年,诺贝尔奖设立百年)和杨振宁(图13,马尔代夫1995年,诺贝尔奖设立百年;图14,圭亚那1995年,诺贝尔奖设立百年)获得1957年诺贝尔物理奖.这是华人首次获得诺贝尔奖.他们的得奖,就像半世纪前詹天佑自力修建京张铁路一样,改变了中国人觉得自己不如人的心理状态,提高了民族自信心.     

微观现象中的左右不对称性──纪念宇称不守恒发现三十周年

1956年美国《物理评论》(Physical Review)上登载了一篇题为《对弱相互作用中宇称守恒的质疑》的论文,引起物理学界极大的轰动.因为文章的作者──三十岁的李政道和三十四岁的杨振宁提出在弱相互作用中可能不存在左右对称,而这一观点是与多年来人们对于物理规律对称性质的传统看法相冲突的.不久吴健雄女士领导的一个小组以高超的技巧完成了检验弱相互作用中宇称不守恒的实验,结果证明了,从宏观物理现象归纳出的左右对称性不能推广到微观粒子的弱作用现象.吴健雄的实验同时还表明正反粒子对称性在弱作用现象中也不存在.这一具有划时代意义的…     

三位著名的华裔物理学家

杨振宁 杨振宁1922年9月22日生于中国的安徽省合肥市. 1956年,杨振宁和他的同事李政道预言,在诸如β衰变一类的弱相互作用中,将打破宇称守恒定律.为了验证这一设想,他们提出了一系列实验,这些实验既能证实他们的设想,又能为弱相互作用下的宇称不守恒提供进一步的信息.他们的这一发现导致原子物理和基本粒子物理的基础理论发生广泛的变革.由于这一贡献,杨振宁和李政道荣获1957年的诺贝尔物理学奖. 在物理学中,对称性规则决定着在各种坐标转涣中物理关系的不变性,它的推论之一是,物理空间具有各向同性(即在方向上没有畸变).对称性规则的一种特…     

弱相互作用中宇称不守恒效应的实验测定

宇称是粒子(或粒子系)在空间反射变换下的特征.如粒子(或粒子系)的波函数在空间反射变换下不变,它的宇称为偶.如果只是改变符号,它的宇称为奇.宇称守恒是指宇称的奇或偶不改变.这一假设是人们从宏观世界所意识到的对称性中提出来的.在1956年以前从来也没有被严格地检验过. 在四种普适相互作用(强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用仲,除引力相互作用外,弱相互作用是最弱的一种.强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用的无量纲的耦合常数分别为:1,1/137和 10-5根据测不准原理,实验上在往可以利用它们的衰变寿命来区分它们.前两…     

原子中宇称的不守恒

弱电理论是理论物理最成功的理论之一.它描述在一个统一的框架中的弱力和电磁力.弱电理论预言:在原子中电子和核之间存在着一个小的作用力,这一作用力使空间对称性(即宇称)不守恒.如果宇称不守恒,这就意味着原子具有某种“左右旋”,从而使它不同于它的镜面映射.这种“左右旋”或宇称不守恒大小的测量,可以用来检验弱电相互作用理论的正确性.由于这种“左右旋”所体现的原子形状的畸变大约只有1011分之一.因此这一测量特别困难. 尽管困难很多,但在若干不同原子中已观察到了这种宇称的不守恒,并且在过去十年中,测量精度已有稳步提高[1].在最近…     

现代物理在中国

1998年 ,美籍华裔物理学家崔琦因其在八十年代初关于电流在强磁场中的量子效应的重大发现 ,获得了当年的诺贝尔物理学奖。这已是自 1 95 7年华人科学家杨振宁、李政道由于发现弱相互作用中宇称不守恒获得诺贝尔奖以来 ,第六位华人科学家获此殊荣了。其中 ,杨振宁、李振道在获诺贝尔奖时 ,尚未加入美国籍 ,所以至今诺贝尔基金会的记录仍然表明 ,有两位中国物理学家获得了诺贝尔奖。本世纪五十年代以来共有六位华人获诺贝尔奖这一事实不能不说是全体中国人 ,包括海外华人的极大骄傲 ,并引为自豪。因为他们的成功 ,终归与中华民族的文化教育传…     

宇称破坏与对称原理

六十五年前李政道和杨振宁提出了具有划时代意义的弱相互作用中宇称不守恒定律,随后得到吴健雄等人实验的验证,彻底打破了人们关于对称原理的认识和理解,对称原理不再仅仅是包含对称性和守恒律.从此,对称破缺与对称性共同构成对称原理,成为自然界遵循的普遍规律.     

走向统一的自然力 弱力和电磁力的统一(Ⅲ)

<正>3.弱电统一理论及其实验验证前面提到,在揭示弱力物理本质的过程中,费米在他的"?衰变理论"中首先指出,弱力和电磁力一样,是矢量相互作用。经过许多科学家近30年的实验和理论研究,终于证明了弱力确实是矢量相互作用。费米的这一想法,后来被费曼和盖尔曼进一步推广为守恒矢量流理论,并最终导致温伯格、格拉肖和萨拉姆建立了弱力与电磁力的统一理论。这一讲,我们介绍这两个理论及其实验验证。(1)守恒矢量流理论及其实验验证     

SU(6)对称性理论中的弱相互作用

本文提出了SU(6)对称性理论中的一个弱相互作用中间玻色子方案。基本假定是:(1)中间玻色子归为SU(6)群的不可约表示21;(2)弱流归为正规表示35;从而(3)s波及p波半弱相互作用分别归为表示21中的(3^*,1)部分及表示15中的(3^*,3)部分。则除了△I=1/2规则以外,由此得出的有效超子非轻子作用在s波(宇称破坏)振幅都分给出三个求和规则,在p波(宇称守恒)振幅部分给出一个求和规则,这些关系看来和实验符合得较好。     

CP不对称性

1980年诺贝尔物理学奖授予两位著名的 美国实验物理学家菲奇(Val Fitch)和克罗宁 (James Cronin).因为他们在实验上发现了CP不守恒[1].这里C指电荷共轭变换(charge con-jugation),P指宇称(parity),CP表示电荷共轭 和宇称联合变换. 本文叙述对称性及其破坏在物理学中的重要性,讨     

中子电偶极矩

中子是一种基本粒子.从1932年发现中子以来,对中子的基本性质已进行了大量的研究.近来,由于高通量反应堆及其他强中子源的出现,冷中子技术的发展,使得对中子基本性质的研究进一步深入.例如,超冷中子贮存技术的成功,为实验测量中子电偶极矩提供了特别有利的条件. 从1956年李政道和杨振宁发现在弱相互作用下宇称不守恒以后,朗道等人又提出了宇称(P)、电荷(C)的联合守恒定理(即CP守恒),从而保证了宇称、电荷和时间(T)的联合守恒(CPT守恒).可是1964年克利斯坦森等所作的精密实验表明:当寿命约为10-8sec的中性KL0介子衰变成为两个介子时,发现…     

中国的居里夫人——吴健雄

 对于为中国人拿回了第一个诺贝尔奖的华人--杨振宁和李政道,大多数人已经很熟悉了,但对于那个促使他们获奖的“幕后功臣”--吴健雄,很多人对她却知之甚少。吴健雄(1912.5.31￣1997.2.16),20世纪最杰出的物理学家之一,在实验物理学研究上取得了伟大的成就,对当代物理学的发展起了极重要的推进作用。她在实验中首次证明了李政道和杨振宁关于弱相互作用中宇称不守恒的理论推测,推翻了宇称守恒定律,曾获得除诺贝尔奖以外的很多大奖。     

莱德曼和一大学生的通信

1988年诺贝尔物理奖授予美国实验物理学家莱德曼(L.M.Lederman)和他的同事施瓦茨与斯坦博格,以表彰他们26年前在哥伦比亚大学进行的一项导致发现两种中微子的实验。 26年过去了,人们并没有忘记他们当年为高能物理学的发展所做的奠基性工作。 莱德曼在得知自己获得诺贝尔奖时,开玩笑地说:“我没有更早得到诺贝尔奖,是因为他们不能决定为了什么发现而授予我诺贝尔奖”。 莱德曼以毕生精力从事高能物理实验,做出了多项发现,许多工作都是开创性的,直到此时,他已经66岁了,还活跃在实验研究的前沿上,担任著名实验研究基地——美国费米加速器实验室(FNAL)所长。应该说,在他众多的发现中,任选一项都可以使他有资格被提名为诺贝尔奖的候选人。例如:1956年发现中性K介子;1965年发现反氘核;1977年发现γ粒子;他研究强子碰撞中轻子对的产生,开创了实验高能物理学的新方向;他最早在π-μ-e衰变过程中对李、杨宇称不守恒原理做出实验检验,和吴健雄的钴60实验同     

夸克与对称性自发破缺

用普通物理和原子物理的语言论述了对称性破缺机制和理论模型,介绍了2008年度诺贝尔物理学获奖者小林诚(Makoto Kobayashi)、益川敏英(Toshihide Maskawa)关于弱相互作用的理论模型(KM模型)和对称性破缺的起源,它是对电弱统一理论的完美补充;详细分析了在微观粒子世界系列实验中对称性自发破缺和夸克的发现.     

非常大的B~0-~0混合

1956年,为了解开之谜,李政道和杨振宁提出宇称守恒定律在弱相互作用下可能不成立.1957年,吴健雄观测到60Coβ衰变时发射出的电子在空间中的分布是不对称.于是李、杨的理论得到了证实.是同一粒子即K0介子也得到了确认. 六十年代,K0介子给了我们许多新知识.K0介子是由下夸克和反奇异夸克组成的;而K0介子则由反下夸克和奇异夸克组成.人们发现,奇异量子数相反的态K0和K0之间可以相互转换,即存在K0-K0混合.1964年,人们发现,K0介子衰变时,CP不守恒.(C为电荷共轭,P为宇称)即粒子变成反粒子同时作空间反演,物理规律并不守恒.这是人们发现CP不…     

宇称不守恒问题及其逻辑结构

<正>1956年,李政道(T.D.Lee)和杨振宁(C.N.Yang)提出了弱相互作用中宇称不守恒假说,1957年,吴健雄(C.S.Wu)及其同事完成了假说的实验证实工作,随后,李政道和杨振宁共获当年的诺贝尔物理学奖。李、杨二人从提出假说到获得诺贝     

弱非完整系统Mei对称性导致的新型精确和近似守恒量

研究弱非完整系统Lagrange方程的Mei对称性导致的一种结构方程和新型精确以及近似守恒量. 首先建立系统的Lagrange方程. 其次在群的无限小变换下, 给出了弱非完整系统及其一次近似系统Mei对称性的定义和判据, 然后得到了Mei对称性导致的新型结构方程、 新型精确和近似守恒量的表达式. 最后, 举例研究系统的精确新型守恒量和近似新型守恒量问题. 关键词： 弱非完整系统 Mei对称性 新型结构方程 新型守恒量     

从经典引力到超引力

众所周知,麦克斯韦的电磁理论,爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论以及由普朗克、玻尔、薛定谔、海森堡、泡利、约当、狄拉克等人建立的量子力学、量子场论,杨-米尔斯规范理论都是具有一定的对称性的理论。杨振宁教授曾就对称性在物理学中的重要性作了精辟的描述:“对称性交配相互作用,几何学位于物理学的核心形式的美在描述世界时起着一定之作用,这些都是对当代世界产生了深刻影响的正确之识见”,并预言21世纪粒子物理学的主要方向是对称性的研究。授予诺贝尔奖金是肯定科学研究成果的一种重要方式。有关对称性理论的研究曾四次获奖:1957年李-杨弱作用中宇称不守恒;1963年维格纳的对称群用于原子核结构;1965年盖尔曼的幺正对称理论;1979年格拉肖-温伯格-萨拉姆的弱电统一规范理论,这不是偶然的,是对称性在粒子物理理论中所处地位的一种反映。本文讨论引力所示对称性,并就经典引力至超引力的发展作一简单介绍。     

W粒子、Z粒子和诺贝尔物理奖

近两年来,在电弱统一理论有关问题的研究中所取得的最大进展是传递弱相互作用的w粒子和Z粒子的发现.1983年1月和6月,欧洲核子研究中。先后宣布发现了W粒子和Z粒子,这是对格拉肖-温伯格-萨拉姆电弱统一理论的直接验证.这些发现是三十年来粒子物理探索中所取得的最重大进展之一.得知发现W粒子和Z粒子之后,国际上粒子物理学家们纷纷议论:在这些重大发现中有重要贡献的人将因此获得诺贝尔奖金. 1984年 10月瑞典皇家科学院宣布,意大利的鲁比亚(Carlo　Rubbia)和荷兰的范德梅尔(Simon　van　der　Meer)由于对发现W粒子和 Z粒子的决定性贡献共…     

弱电统一理论的标准模型

 一、弱电统一理论的背景普适弱相互作用理论1958年,美国物理学家费恩曼和盖尔曼共同提出了矢量流减轴矢量流理论。在电磁相互作用中,电磁流jEM守恒,同强相互作用无关的电子和参与强相互作用的质子的电荷大小相等。在弱相互作用中,轻子弱流jL和核子弱流jH的矢量部分形式完全相同,显示核子弱流jH的矢量部分jV守恒,它和电磁流jEM的同位旋矢量部分,在同位旋空间是同一矢量沿不同方向的分量。盖尔曼提出:类似于电磁相互作用中的磁性,弱相互作用中也应有弱“磁”性。1963年被吴健雄在美国哥伦比亚大学做的实验所证实。