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“CP”對稱破壞的發現——7月27日科學史上的今天

2018-07-30作者:科學π工作室, 編著編輯:書問閱讀



20世紀60年代,人們認為粒子相互作用中CPT——電荷“charge”、宇稱“parity”、時間“time”守恒。參與物理過程的物質粒子電荷的正負號互換,同時互換粒子的左右手征,并把過程時間倒置,物理規律的形式將保持不變,表明物質和反物質對稱。


出人意料,CPT守恒首先在宇稱P的守恒上出現了缺口。60年代的一個觀測K介子的生成物的重要實驗,證明CP不再守恒。


非常小并帶有奇異量子數的K介子有4種類型,一種帶正電K+,一種帶負電K-,兩種不帶電的中性K介子,即KL0和KS0。其中,K+、K-和KL0的壽命差不多,KS0的壽命是前三種壽命的1/500,另外,KL0衰變成三個粒子,而KS0衰變成兩個。人們有機會憑借壽命長短和衰變產物,將兩個中性K介子區分開來。


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KS0具有正CP,KL0具有負CP。如果發現一束中性K介子在實驗過后,都衰變成兩個粒子時,假定CP守恒,那所有的KS0會因為衰變消失不見,只留下長壽命的KL0,CP值會變成負,這是驗證CP是否守恒的關鍵思想。


1964年7月,美國的詹姆士·科勞寧和外爾·費奇實驗組設計了一個非常巧妙的實驗。他們把檢測器放在射束發出的17米遠處,根據預測,應該只剩下能衰變成三個粒子的CP為負的KL0,結果出人意料地發現了衰變為兩個粒子的情況。


1964年7月27日,科勞寧和費奇把這一結果發表在《物理評論快報》上。由于K介子衰變違反物理學CP對稱性基本原理的發現,他們兩人共同分享了1980年諾貝爾物理學獎。CP不守恒的發現,使人們看到了事物的另一面,表明自然界中的物質及運動不常常以對稱方式存在。



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作者科學π工作室 編著
出版清華大學出版社
定價99元
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