宇称

空间反演下变换的相乘性量子数
宇称(yǔ chèn),描述粒子在空间反演下变换性质的相乘性量子数,引记为P。它只有两个值+1和-1。如果描述某一粒子的波函数在空间反演变换(r→-r)下改变符号,该粒子具有奇宇称(P=-1),如果波函数在空间反演下保持不变,该粒子具有偶宇称(P=+1);n个粒子组成的系统的宇称等于这n个粒子宇称之积再乘以这n个粒子之间的n-1个轨道宇称之积;轨道角动量量子数为1时,其轨道宇称为(-1)。玻色子及其反粒子内禀宇称之积为+1;费米子及其反粒子内禀宇称之积为-1。在强互作用和电磁作用过程中宇称守恒,在弱作用过程中宇称不守恒。

基本原理

假定我们把每一个亚原子粒子都挂上标签:要么是A,要么是B,二者必居其一。再进一步假定,一个A粒子只要分裂成两个粒子,这两个粒子要不是统统属于A类,就必定是统统属于B类。这时我们可以写出
。一个B粒子如果分裂成两个粒子,这两个粒子当中总是有一个属于A类,另一个属于B类,所以我们可以写出
。你还会发现另一种情形:如果两个粒子互相碰撞而分裂成三个粒子,这时你就可能发现
。但是,有些情形却是观察不到的。例如,你不会发现
为什么会这样呢?好吧,让我们把A看作2,4, 6这类偶数当中的一个,而把B看作3,5,7这类奇数。两个偶数相加总是等于偶数(6=2+4),所以
。两个奇数相加也总是等于偶数(8=3+5),所以
。但是,一个奇数和一个偶数之和却总是等于奇数(7=3+4),所以
。换句话说,有些亚原子粒子可以称为“奇粒子”,另一 些亚原子粒子可以称为“偶粒子”,因为它们所能结合成的粒子或分裂成的粒子正好与奇数和偶数相加时的情况相同。当两个整数都是偶数或者都是奇数时,数学家就说这两个整数具有“相同的奇偶性”;如果一个是奇数,一个是偶数,它们就具有“不同的奇偶性(宇称)”。这样一来,当有些亚原子粒子的行为象是奇数,有些象是偶数,并且奇数和偶数的相加法则永远不被破坏时,那就是过去所说的“宇称守恒”了。 1927年,物理学家魏格纳指出,亚原子粒子的宇称是守恒的,因为这些粒子可以看作是具有“左右对称性”。真有这种对称性的东西与它们在镜子里所成的像(镜像)完全相同。数字0和8以及字母H和X都具有这样的对称性。如果你把8,0,H和X转一下,让它们的右边变成左边,左边变成右边,那么,你仍旧会得到8,0,H和X。字母 b和p就没有这种左右对称性。要是你把它们转个180°,
b就会变成d,p就变成q——成为完全不同的字母了。 1956年,物理学家李政道杨振宁指出,在某些类 型的亚原子事件中宇称应该不守恒,并且实验很快就证明他 们的说法是对的。这就是说,有些亚原子粒子的行为好像它 们在某些条件下是不对称似的。由于这个原因,人们研究出了一个更普遍的守恒律。在一个特定粒子不对称的地方,它的反粒子(即具有相反的电荷或磁场)也是不对称的,但两者的模样相反。因此,如果粒子的形状象p,它的反粒子的形状就象q。如果把电荷(C)和宇称(P)放在一起,就能建立一条简单的法则,来说明哪些亚原子事件能够发生,哪些亚原 子事件不能够发生。这个法则称为“CP守恒”。后来,人们又明白了,为了使这个法则真正保险,还必须考虑到时间(T)的方向;因为一个亚原子事件看起来既可以是在时间中向前推进,也可以是在时间中向后倒退。添上时间以后的法则称为“CPT守恒”。