一、重要概念

1) 什么是宇称？

宇称是一个量子力学量。在量子力学中，粒子用波函数表示。宇称是描述在空间反演下波函数变换特性的物理量。

什么是空间反演？空间反演就是同时将x 变为 -x, y 变为 -y, z 变为 –z的变换。

在空间反演下，如果波函数保持不变，则该粒子的宇称是正的。如果变换后的波函数与原来的波函数差一个负号，则该粒子的宇称是负的。

宇称只能取两个值，1和-1。

2) 什么是空间反演不变？

空间反演不变也可以称为镜像变换不变，或叫左右变换不变。这是因为空间反演与镜像变换或左右变换（x → -x, y → y, z → z）只相差一个绕x轴的180度转动。而转动不变性严格成立，所以空间反演与左右变换没有本质区别。

3) 什么是赝标量？

只有大小，没有方向的变量叫标量。在普通空间中，标量一般可表达为空间坐标的函数a(x,y,z)。在空间反演下，即将空间坐标（x,y,z)变为(-x,-y,-z)的变换下，不变符号的标量（a(-x,-y,-z)=a(x,y,z)）就是我们通常意义上的标量，变符号的标量（a(-x,-y,-z)=-a(x,y,z))叫赝标量。

4）什么是希格斯玻色子？

希格斯玻色子(Higgs Boson) ，俗称上帝粒子。欧洲粒子物理研究中心CERN的大型强子对撞机LHC正在寻找它。最新数据显示，“可能看到”了这种粒子。

5) 如何计算系统的总宇称？

两个和两个以上粒子组成的系统的总宇称等于该系统内各粒子宇称之乘积再乘上轨道宇称。

6) 什么是宇称守恒定律?

宇称守恒定律指的是在相互作用下，作用后的粒子系统的总宇称等于作用前粒子系统的总宇称。1956年前，物理学界公认，在任何一种相互作用下，宇称都是守恒的。宇称守恒在本质上意味着左和右是对称的。

二、θ和τ之谜

1) θ和τ之谜：

50年代初从宇宙线里观察到两种新的粒子，θ粒子和τ粒子。θ粒子衰变为两个π介子，τ粒子衰变为三个π介子。

大家都知道，π介子的宇称是负的，同时，根据粒子物理的达利兹（Dalitz）图推算，衰变前后这两个系统的轨道宇称都是正的。所以如果宇称是守恒的话，我们可以反推出，θ的宇称是正的，因为，θ粒子的宇称等于衰变后两个π介子宇称的乘积(-1)*(-1)再乘上轨道宇称(+1)。而τ的宇称是负的，因为它等于三个π介子宇称的乘积(-1)*(-1)*(-1) 再乘上轨道宇称(+1)。

但是θ和τ有完全一样的寿命和质量。θ和τ到底是不同粒子，还是同一个粒子？这是当年困惑物理学界的著名的θ-τ之谜。

2) 如何解答这个谜？

答案只有两种。一种承认宇称守恒定律，那么，τ与θ是两种不同的粒子，但这无法回答为什么θ、τ粒子性质如此相同。另一种确认τ和θ是同一种粒子，则意味着宇称守恒定律将不成立。

三、宇称不守恒

1) 提出质疑：

李政道和杨振宁在1956年发表了著名的“弱相互作用中的宇称守恒质疑”文章。在这篇文章中，他们认为，θ-τ之谜所带来的宇称不守恒问题不是一个孤立事件，宇称不守恒很可能就是一个普遍性的基础科学原理。同时他们发现，在强相互作用领域，宇称守恒定律确有严格证明，可是在弱作用领域中，虽然宇称守恒这假设被广泛应用，但是事实上宇称守恒定律从未得到过真正的实验验证。要正确地测量宇称，必须组合一个新的，能通过弱作用产生的赝标量。用了这赝标量，就可以试验宇称是否守恒。而这些赝标量，从来没有被以前的任何实验测量过。他们认为，τ-θ之谜的解答必须在τ-θ以外寻找。如果宇称守恒被破坏，那么这种破坏在弱作用的其他实验中，例如在极化核的β衰变的过程中也应该观察到。将实验装置严格地设定成互为镜象，然后分别测量不同极化情况下β衰变过程中的赝标量<σ•p >值，这里p是电子的动量，σ是核的自旋。如果测量结果不同，即可证实宇称不守恒。

2) 实验验证：

在他们的建议下，吴健雄教授和美国国家标准局的科学家安伯勒（E. Ambler）等合作，用简洁明了的实验验证了他们的猜想。这是一个关于极化钴60原子核β衰变的实验。在这个实验中，他们以确凿无疑的证据表明，在弱相互作用过程中宇称守恒定律不成立。弱相互作用下宇称不守恒的发现和实验验证，是第二次世界大战后一个极重要的发现。正是由于这一震惊物理学界的杰出贡献，李政道和杨振宁共同获得了1957年诺贝尔物理奖。

3) 宇称不守恒的起源:

在宇称不守恒发现后的50余年中，李政道一直在探索造成所有不对称的起源。李政道认为，物理学的基本方程都是P（Parity宇称）, C（Charge电荷）, T（Time时间）对称的，而我们观察到的所有的P, C, T不对称可能都是来自于解的不对称。这种不对称起源于我们所在的大膨胀(Big Bang， 国内都翻译为大爆炸)的宇宙。李政道认为，所有这些不对称都可能是由自旋为零的希格斯场产生的自发破缺机制引起的。李政道的这些新观点有待于实验的证实。