§9 粒子世界的守恒量

在对物质运动基本规律的探讨过程中，守恒定律的研究占了重要的地位。从历史发展过程来看，无论是经典物理学还是近代物理学，一些重要的守恒定律常常早于普遍的运动规律而被认识。质量守恒、能量守恒、动量守恒、电荷守恒就是人们最早认识的一批守恒定律，这些守恒定律的确立为人们认识普遍运动规律提供线索和启示，是人们最终认识普遍运动规律是不可缺少的重要环节。

能量、动量、角动量、电荷⋯⋯等是人们在经典物理学中就已熟知的守恒量。在微观物理学中，特别是在粒子物理学中，除了这些守恒量之外，还出现许多新的守恒量，如同位旋、奇异数、粲数、底数、轻子数、重子数、P 宇称、C 宇称、G 宇称、CP 宇称⋯⋯等。

微观物理学中遇到的守恒量，从其与经典物理学的关系来说，又可以区分为两类：有经典对应的守恒量和无经典对应的守恒量。能量、动量、角动量、电荷等都是在经典物理学的研究中早已熟知的守恒量，它们都属于有经典对应的守恒量。有经典对应的守恒量都是相加性守恒量。同位旋、奇异数、粲数、底数、轻子数、重子数、P 宇称、C 宇称、G 宇称、CP 宇称都是无经典对应的守恒量。

从守恒量的数学表述来看，基本的守恒量可以区分为两大类：第一类守恒量，一个复合体系的总守恒量是其各组成部分所贡献该守恒量的代数和， 例如多个粒子组成的系统，它的总电荷等于所有粒子的电荷之和，它的总角动量等于所有粒子的自旋角动量和轨道角动量之总和；第二类守恒量，一个复合体系的总守恒量是其各组成部分该守恒量的乘积，一般说来，这类守恒量的可取值只能是+1 或-1。这两类守恒量可以分别称为相加性守恒量和相乘性守恒量。从物理学上考察，对称性所涉及的变换可以是连续变换，也可以是分立变换。连续变换不变性所决定的守恒量是相加性守恒量，即守恒性质表现为系统中各部分该守恒量的代数和在运动过程中不变。分立变换不变性所决定的守恒量是相乘性守恒量，即守恒性质表现为系统中各部分该守恒量的乘积在运动过程中不变。能量、动量、角动量、电荷、同位旋、奇异数、粲数、底数、轻子数、重子数都是相加性守恒量；P 宇称、C 宇称、G 宇称、CP 宇称、全同粒子交换变换都是相乘性守恒量。

有经典对应的守恒量都是相加性守恒量。相乘性守恒量都是无经典对应的守恒量。

既然守恒定律的表现形式为一个孤立系统某物理量的总量在运动过程中不随时间改变，那么守恒定律的成立与否就直接和该孤立系统的运动规律有关，特别是与相互作用有关。从这个关系上来考察，又可以把守恒定律分为两类，从而把守恒量也分为两类。如果一个守恒定律对各种相互作用都成立， 则称为严格守恒律；如果一个守恒定律对某些相互作用成立，但对另一些相互作用则不成立，并且在运动过程中后者影响是次要的，则称为近似守恒定律（或部分守恒定律）。

按照上述区分，能量、动量、角动量、电荷是有经典对应的相加性严格守恒量；轻子数、重子数都是无经典对应的相加性严格守恒量；同位旋、奇异数、粲数、底数、顶数是无经典对应的相加性近似守恒量，同位旋只在强相互作用下守恒，奇异数、粲数、底数、顶数在强相互作用和电磁相互作用

下守恒，但在弱相互作用下可以不守恒；全同粒子交换变换是无经典对应的相乘性严格守恒量；P 宇称、C 宇称、G 宇称、CP 宇称是无经典对应的相乘性近似守恒量，G 宇称只在强相互作用下守恒，P 宇称、C 宇称在强相互作用和电磁相互作用下守恒，但在弱相互作用下可以不守恒，CP 宇称在强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用下都守恒，但在弱相互作用下可以含有约千分之二的不守恒。