§10 左右对称性和宇称守恒问题

在宏观范围内运动规律具有很好的左右对称性，亦即在空间三个坐标轴都反向的空间反射变换下具有不变性，但在宏观范围内这种不变性并不对应存在守恒定律。在微观范围内如果运动规律具有左右对称性，则对应存在 P 宇称守恒定律，这时系统的 P 宇称值将在整个运动过程中恒为+1 或-1。

1956 年前后，在对最轻的奇异粒子衰变过程的研究中遇到了一个疑难问题，即“θ-τ疑难”。这个疑难表现为：实验中发现了两种质量、寿命和电荷都相同的粒子θ和τ，衰变时，θ衰变为两个π介子，τ衰变为 3 个π介子。实验结果的分析表明，3 个π介子的总角动量为零，宇称为负；而 2 个π介子的总角动量如为零，则宇称只能是正。因此从质量、寿命和电荷来看， θ和τ似乎应是同一种粒子，但是从衰变行为来看，如果宇称是守恒量，则θ和τ就不可能是同一种粒子。

1956 年美籍华裔物理学家李政道和杨振宁全面分析了与θ-τ疑难有关的全部实验和理论工作之后指出，这个疑难的关键在于认为在微观粒子的运动过程中宇称是守恒的。他们指出，在强相互作用和电磁相互作用过程中宇称守恒是得到了实验的判定性检验的，但是在弱相互作用过程中宇称守恒并没有得到实验的判定性检验。李政道和杨振宁提出，这个疑难产生的原因在于弱相互作用过程中宇称可以不守恒。他们进一步建议可以通过钴 60 的衰变

实验来对这一点进行判定性检验。实验的原理是利用核磁共振技术使钴 60 的原子核极化，也就是使原子核的自旋方向沿着确定的方向排列，然后观察钴 60 通过β衰变放出电子的方向分布。如果宇称是守恒的，则包含自旋轴正向的半球方向内射出的电子数应与包含自旋轴负向的半球方向内射出的电子数相近，即左右对称；反之如果这两个半球方向内射出的电子数不相等，即表现出明显的左右不对称性，则表明弱相互作用过程中宇称可以不守恒。1957 年美籍华裔物理学家吴健雄精确地进行了这个实验，证实了李政道和杨振宁提出的分析判断。

过去人们对于守恒定律的理解比较简单，弱相互作用宇称不守恒的确立告诉人们：各种守恒定律的适用范围可以是不同的，有些物理量在一切相互作用过程中都是守恒的，而有些物理量则只在某些相互作用过程中才是守恒的。宇称就是人们认识的第一个只在某些相互作用过程中才守恒的相乘性守恒量。在研究各种守恒定律时，无论涉及的是相加性守恒量还是相乘性守恒量，都要注意和研究这些守恒定律的适用范围。

P 宇称在强相互作用和电磁相互作用过程中守恒，但在弱相互作用过程中不守恒。因此对不直接参与强相互作用和电磁相互作用的中微子，没有确定的 P 宇称。