“CP”对称破坏的发现——7月27日科学史上的今天

2018-07-30作者:科学π工作室, 编著编辑:书问阅读



20世纪60年代,人们认为粒子相互作用中CPT——电荷“charge”、宇称“parity”、时间“time”守恒。参与物理过程的物质粒子电荷的正负号互换,同时互换粒子的左右手征,并把过程时间倒置,物理规律的形式将保持不变,表明物质和反物质对称。


出人意料,CPT守恒首先在宇称P的守恒上出现了缺口。60年代的一个观测K介子的生成物的重要实验,证明CP不再守恒。


非常小并带有奇异量子数的K介子有4种类型,一种带正电K+,一种带负电K-,两种不带电的中性K介子,即KL0和KS0。其中,K+、K-和KL0的寿命差不多,KS0的寿命是前三种寿命的1/500,另外,KL0衰变成三个粒子,而KS0衰变成两个。人们有机会凭借寿命长短和衰变产物,将两个中性K介子区分开来。


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KS0具有正CP,KL0具有负CP。如果发现一束中性K介子在实验过后,都衰变成两个粒子时,假定CP守恒,那所有的KS0会因为衰变消失不见,只留下长寿命的KL0,CP值会变成负,这是验证CP是否守恒的关键思想。


1964年7月,美国的詹姆士·科劳宁和外尔·费奇实验组设计了一个非常巧妙的实验。他们把检测器放在射束发出的17米远处,根据预测,应该只剩下能衰变成三个粒子的CP为负的KL0,结果出人意料地发现了衰变为两个粒子的情况。


1964年7月27日,科劳宁和费奇把这一结果发表在《物理评论快报》上。由于K介子衰变违反物理学CP对称性基本原理的发现,他们两人共同分享了1980年诺贝尔物理学奖。CP不守恒的发现,使人们看到了事物的另一面,表明自然界中的物质及运动不常常以对称方式存在。



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作者科学π工作室 编著
出版清华大学出版社
定价99元
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