輕子與電弱力
弱交互作用中的宇稱不守恆(parity violation)
宇稱是左與右之間的對稱性——也就是說,物理定律在鏡子裡看上去應當完全一樣。長久以來人人都認為這顯然成立:一個過程和它的鏡像應當同樣被允許。弱交互作用粉碎了這個假設。它是唯一一種能分辨左右的基本交互作用,而且分辨得相當極端。
看清這一點最乾淨的辦法,涉及粒子的「手性」,或稱螺旋性——粗略地說,就是它相對於運動方向是順時針還是逆時針自旋。令人震驚的事實是:W 玻色子只耦合到左手粒子(以及右手反粒子)。一個右手電子根本就感受不到帶電弱交互作用。這不是小小的偏好,而是徹底的偏向。所以,如果你拍下一段弱衰變再看它的鏡像,你會看到大自然其實從不做的事情,因為鏡子會把手性翻轉過來。
這一現象在 1956 至 1957 年間被發現:吳健雄觀察到,鈷-60 原子核貝塔衰變放出的電子,相對於原子核自旋更傾向於朝某一個方向飛出——而這個方向在鏡子裡會反轉。這震動了整個物理學界,並迅速贏得諾貝爾獎(頒給提出這項檢驗的理論家)。宇稱不守恆如今已被嵌入標準模型的核心:弱交互作用本質上是左手的,這是我們所知關於大自然最深刻、也最奇異的事實之一。
在吳健雄的實驗中,鈷-60 原子核被磁場排齊,貝塔衰變的電子更傾向於朝著與原子核自旋相反的方向飛出。在鏡子裡,自旋看上去不變,但電子卻會朝相反方向飛——這種差異是真實的大自然所表現出來的,證明在這裡左和右並不等價。
吳健雄的鈷-60 實驗,把弱交互作用「分辨左右」當場抓個正著。
對帶電弱交互作用而言,宇稱不守恆是最大限度的,而非微小效應;W 玻色子完全無視右手粒子,這正是弱交互作用被描述為本質左手的原因。
又稱
另見