上周，宇宙仍像往日那樣絢麗多彩，但對尋找物質(zhì)內(nèi)部秘密的物理學家們來說，一個新的狂風暴雨式的時代已經(jīng)開始了。他們遵循的規(guī)律中，有一個被證明根本就不是規(guī)律。從現(xiàn)在起，他們的淵博知識再也永遠不會像以前那樣了。
哥倫比亞大學稱，有兩個實驗證明核物理基礎之一的“宇稱規(guī)律”系人為慣例，除特殊情況外，對自然
沒有約束力。消息一公布，人們興奮不已。根據(jù)宇稱規(guī)律，物體及其鏡像都必須遵守相同的物理規(guī)律。該規(guī)律大約在30年前用于核物理，十分重要?？磥硐袷沁`背這一規(guī)律的理論便立即遭到排斥?，F(xiàn)代核物理的基礎多數(shù)都建立在宇稱守恒基礎上。
τ-θ難題
去年夏天，哥倫比亞大學李政道教授
和普林斯頓大學高等研究所楊振寧教授（兩位勇敢的理論物理學家，他們都是中國人）訪問長島布魯克海文國家實驗室，向宇稱守恒發(fā)起挑戰(zhàn)。那里夏天氣候宜人，加上其大型的設備，吸引著全美國度假的物理學家們。在自由討論中（有些在戶外華盛頓海濱舉行），有一個主要題目是τ-θ難題，自1953年以來，許多主要的物理學家都大膽地試圖解釋這一難題。物理學家們把τ-θ難題歸咎于世界上兩臺最大的核粒子加速器，一臺是布魯克海文國家實驗室的高能同步穩(wěn)相加速器，另一臺是加里福尼亞州伯克力高能質(zhì)子同步穩(wěn)相加速器。核粒子加速器在其運行的幾年內(nèi)，提出的問題比解
決的還多。其中這些加速器最令人迷惑的東西是產(chǎn)生K介子 – 從原子核中撞擊出來的短壽命粒子。K介子在所有重要方面都一樣，但有些稱為“τK介子的衰變成3個π介子”，其他稱為“θK介子”的只衰變成2個π介子。因一些物理學家只能在數(shù)學上對其他物理學家進行解釋的原因，這個不一致的行為似乎破壞了神圣的宇稱規(guī)律。怎麼辦呢？實驗的證據(jù)是清楚的，但難于被人接受?？茖W似乎發(fā)現(xiàn)了一種被引力排斥而不是被吸引的物質(zhì)的證據(jù)。
多數(shù)物理學家采用使宇稱守恒的方法試圖解開這一難題，但都徒勞無功。李、楊二位博士沒有過多考慮科學的禮儀，于去年夏天在布魯克海文國家實驗室提出，問題的癥結不在K介子，而是宇稱本身。如果宇稱有時被破壞，K介子的奇特行為就易于解釋了。
激冷鈷
李、楊在他們出色論證的論文中說明沒有宇稱守恒也行。他們還在實驗上提出了檢驗宇稱守恒是否真是一個基本自然規(guī)律的方法。這時，世界上整個理論物理界都注視著李和楊，美國最好的裝置都用來檢驗他們的理論。哥倫比亞大學另一位中國物理學家吳健雄副教授去了華盛頓，與美國標準局的一個一流小組一道工作。她安排了一個復雜的冷凍裝置，將放射性的鈷60的溫度降到絕對零度以上（-273.10 C）0.010 。已知鈷原子核是自旋轉(zhuǎn)的，在冷凍中鈷原子核繼續(xù)自旋轉(zhuǎn)，但它們無規(guī)則的熱運動因極端寒冷幾乎降低到零。之后，吳博士和她的助手們加上一個強大磁場，使好像是很小的磁鐵的鈷原子核極化。
溫度對放射性沒有影響，激冷排列成行的鈷原子直接發(fā)生衰變，發(fā)射出負電子。根據(jù)宇稱守恒規(guī)律，沿排列成行的原子核自旋軸的兩個方向，負電子發(fā)射的數(shù)量應該相同。負電子對任何一個方向的選擇都證明宇稱守恒不是一個真正的自然規(guī)律。
中式午餐
激冷鈷實驗證明是極端困難的，但到上兩個星期后，吳博士報告了她的實驗結果：電子在兩個方向發(fā)射的數(shù)量不等。這對宇稱守恒來說非常糟糕，但反宇稱守恒陣營卻興高采烈。
對哥倫比亞大學的物理學家來說，星期五為“中式午餐日”。那個星期五，既是美食家又是物理學家的李政道，帶著一個杰出的小組來到附近一家中餐館，點了特殊的菜肴。午餐吃的時間很長。席間，人們激動地討論了吳博士在華盛頓所取得的進展。李博士轉(zhuǎn)向利用安裝在紐約州Irvington 385 MeV的回旋加速器開展實驗的利昂 M. 萊德曼（Lederman）副教授，問道：“為什麼不試試μ介子呢？”
哥倫比亞大學的回旋加速器（昵稱“pie工廠”）用來產(chǎn)生π介子束，π介子很快變成μ介子。人們經(jīng)常討論利用μ介子檢驗宇稱，但看來太難了。這次，萊德曼博士和他的同事里查德 L. 加文（Garwin）有了一個新的想法。他們與作研究助手的研究生一道拼命工作，搞了一個極其簡單的實驗。他們在發(fā)射出μ介子的通道里，放置了一塊6英寸見方1英寸厚的碳塊，周圍纏上一個線圈。
μ介子在百萬分之二秒的時間內(nèi)發(fā)生衰變，每個μ介子形成一個負電子和兩個中微子，其壽命極短，碳塊中的熱運動對它們的干擾不明顯。它們在碳內(nèi)時，均向同一方向自旋轉(zhuǎn)，在這些情況下，宇稱守恒規(guī)律要求它們衰變時，必須沿著共同的自旋軸在每一個方向發(fā)射出相同數(shù)量的負電子。
“成功了！”
μ介子沒有這樣做，它們在一個方向發(fā)射出兩倍的負電子。當一個小的電流通過線圈時，介子轉(zhuǎn)向，并在另一個方向發(fā)射出負電子。這證明介子可為兩個鏡像，各向仍不同性。關鍵的實驗運行結束后，萊德曼博士說：“我給李打了個電話，告訴他‘成功了！’”宇稱守恒完蛋了。
因為一個非常簡單的實驗在其他地方可以模仿，所以哥倫比亞大學不失時機地盡快宣布了自己的成果及同時進行的鈷60實驗所獲得的成果。消息一傳開，全世界激動的科學家們的問題和祝賀開始像雪片一樣飛來。
許多科學家現(xiàn)在感到一個新的時代已經(jīng)開始。這種情況可與Michelson-Morley實驗破壞了“傳光乙太理論”后的混亂時期相比。那時的物理依賴乙太在真空中傳導光波，物理學家們一度為失去這一理論而遺憾。然后，新的更好的理論（相對論和量子理論）說明了光是如何不用任何傳送它的介質(zhì)輕便進行傳播的。根本錯誤的傳光乙太理論，事實上是探測物質(zhì)世界的一個障礙。該理論廢除后，物理頓時飛速發(fā)展。
廢除宇稱守恒理論，可給受其影響的那部分物理以同樣的推動力。幾乎所有的物理學家都一致認為，二次大戰(zhàn)后，他們的科學深陷于一片混亂之中。像高能同步穩(wěn)相加速器這樣的大加速器正產(chǎn)生各種奇異的亞原子粒子，許多像K介子那樣的粒子根本就沒有任何意義。老的問題還沒解決，新的問題又出現(xiàn)了。許多科學家感到必須采取根本性的措施，以便從失去控制的混亂中恢復任何一種秩序。廢除宇稱守恒需要激烈的變革。如果李、楊及其支持者頂住對他們的攻擊，那麼許多沒有宇稱守恒規(guī)律的理論就必須重建。新的更好的理論可創(chuàng)建有關宇宙的新概念。像科學現(xiàn)在已知的那樣，物質(zhì)和空間可能有右手旋，就像一顆螺釘帶有右手羅紋那樣。其他星系的物質(zhì)也許是左手旋，或者在地球上可創(chuàng)造或組合成左手物質(zhì)，并證明具有令人吃驚的不同的特性。
（翻譯：侯儒成）
