物理学史专题培训市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

物理学史物理学史方君炜之 宇称不守恒发觉历程004第1页美籍中国物理学家杨振宁和李政道因为发觉在弱相互作用过程中宇称不守恒，共享了1957年度诺贝尔物理学奖。这是中国人首次取得诺贝尔物理学奖。第2页我们知道，在一件科学大事发生后，引发轰动还没有稳定时候，过早 报道和评价史有 危险。诺贝尔奖评选委员会深知这种危险，往往推迟授予一项奖金到应获奖发觉之后。比如，马克思波恩将薛定谔波函数解释为概率波后近30年，才取得诺贝尔物理学奖。然而杨振宁和李政道在发表关于宇称不可能守恒第一片论文1年后，即对他们假说作出那个惊人试验证实后仅仅几个月，就被评选为诺贝尔物理学奖取得者。这个例外足以说明他们理论对物理学产生重大影响。第3页能量守恒动量守恒角动量守恒宇称守恒时间平移对称性（时间均匀性）空间平移对称性（空间均匀性）空间转动对称性（空间各向同性）空间反射不变性（左右对称）第4页1924年，德国物理学家拉波特在对极复杂铁元素光谱进行分析时观察到，复杂原子能级能够分为两类：偶能级和奇能级。在吸收或者放出一个光子电磁跃迁中，能级改变总是从偶到奇，或者从奇到偶。为了解释拉波特发觉这个经验规律，魏格纳在1927年引入了宇称这个概念。人们要求：偶能级带有正宇称，奇能级带有负宇称。第5页在原子核物理、介子物理和奇异粒子物理中，处于各种状态粒子也含有奇或偶宇称宇称守恒定律指出：一个体系若是由两个各有偶宇称 小体系组成，那么这个体系也是偶宇称。有两个奇宇称组成体系要形成偶宇称体系。反之，一个偶宇称粒子体系衰变成两个粒子时，这两个粒子要么都是偶宇称，要么都是奇宇称。偶偶偶 奇奇偶这与奇数、偶数运算法则是相同第6页由此相对应奇偶奇一个奇宇称粒子分成两个粒子时，必定是一奇一偶，一奇一偶两个粒子组成体系也必定是奇宇称现在我们来看拉波特发觉经验规律奇能级负宇称光子负（奇）宇称能级由奇能级变为偶能级第7页这么，宇称和宇称守恒定律给体系或粒子进行分类并对可能出现情况加以限制，从而说明为何有些过程是不可能观察到原因实践证实宇称守恒定律同能量守恒，动量守恒等守恒率一样在已知情况中都太正确了，太有用了，太能说明问题了。绝大多数物理家都认为宇称守恒等一切守恒定律在全部物理现象中都成立，也就是对称性成立，我们物理世界是建立在绝对对称美感之上。这种对世界误解就像当年人们认为天体都是绝正确球体，它们运行轨迹也是完美圆形一样。第8页这种观点在20世纪50年代受到了来自弱相互作用方面冲击。K介子伴随试验事例增多和分析精细化，英国达里茨首先发觉这些粒子质量以及其它性质都相同，似乎应该将它们视为同一个粒子。矛盾是怎样形成呢？从原子核撞击出来短寿命粒子按6种不一样衰变方式，构想有6种基本粒子第9页介子空间宇称为负奇奇奇奇奇奇偶依据宇称守恒结论是：粒子是奇（负）宇称，粒子是偶（正）宇称，粒子与 粒子是不一样两种粒子。反之，假如 粒子与 粒子是同一个粒子，则宇称守恒不成立。第10页这便是当初曾现在粒子物理学家面前一个著名矛盾，叫做“”之谜。为了揭开“”之谜，物理学家们发生了很大争论，无多物理学家想在不违反宇称守恒前提下解开这个谜，不过，我们杨振宁与李政道先生没有盲从，他们以惊人勇气与胆识对宇称守恒普遍性提出了怀疑。1956年夏天，杨振宁与李政道一起查阅了全部与“宇称守恒”相关试验论文后，得出结论：和普通人确信相反，即使在强相互作用和电磁相互作用中宇称守恒认为试验所证实，不过在弱相互作用过程中宇称守恒定律仅仅是一个被推广“假设”而已，并没有被试验证实过。第11页于是，杨振宁与李政道提出了他们看法，并向试验物理学家提出提议，用 衰变（中子变成质子时放出一个电子现象，是经典弱相互作用）等试验来验证他们推测。他们论文在1956年10月美国物理评论杂志发表后，马上引发了世界物理学家关注。然而，“上帝鞭子”著名物理学家泡利则认为这是完全不可能，他曾说过：“我就不相信上帝竟然会是一个左撇子！”在没有别比这件事更能说明人头脑中旧观念顽固和杨振宁、李政道胆识了。由上可知：杨振宁、李政道成功似乎归结于他们胆识，不过，我认为他们之所以有这种胆识是因为他们坚信物理是一门试验科学，全部理论都应建立在试验基础之上，理论要经得起试验检验。正是他们对这种信念坚持超出了对没有试验基础对称美学盲从成就了他们也是中国人第一个诺贝尔物理学奖！第12页第一个用试验验证杨振宁与李政道理论是哥伦比亚大学吴健雄和她领导小组。他们在美国华盛顿国家标准局低温试验室中做了极化钴核衰变试验，看其在衰变中向两边发射电子数目是不是对称。该试验经过测量原子核取向和电子动量之间夹角 和 处罚布不对称性，即出现一边电子多，一边电子少时，这就是 衰变中宇称不守恒无可置疑证据。第13页多少少探测器探测器多P变换探测器探测器P(空间)变换镜子现实镜像第14页上述试验从 粒子不对称性出发，无需考虑 衰变理论，就能够确定在 衰变中宇称是不守恒。吴健雄等人将他们试验结果发表在1957年2月物理学评论上，该论文篇幅仅两页，却是用试验验证 衰变中，宇称不守恒传世之作。可惜是：吴健雄并没有所以而取得诺贝尔物理学奖。不过，她贡献是不可抹杀。杨振宁与李政道发觉主要性在于他们推翻了30多年来一直奉为物理学基本规律宇称守恒定律，把它下降为只适合用于强相互作用和电磁相互作用普通规律，由此造成了在基本粒子领域中取得实质性进展。在此之后，人们又发觉了在弱相互作用中电荷共轭不守恒等其它不守恒现象。杨振宁和李政道开创了一个新时代！第15页杨振宁李政道吴健雄第16页在此之后，丁肇中与美国物理学家因为各自独立发觉了 粒子而共享了1976年诺贝尔物理学奖。朱棣文与美国、法国科学家合作创造了用激光冷却技术俘获原子方法，共享1997年诺贝尔物理学奖。崔琦与德国及美国科学家因为发觉分数量子霍耳效应，以及对分数量子霍耳效应液体研究在试验上贡献而共享1998年度诺贝尔物理学奖。他们是中国人骄傲，让我们永远记住他们！第17页丁肇中朱棣文 崔琦第18页第19页第20页第21页