宇稱

宇稱

宇稱（Parity）是量子力學和粒子物理學中的一個重要概念，描述物理系統在空間反演變換下的對稱性質。在經典物理中，宇稱可以理解為"左右對稱性"或"鏡像對稱性"。

在量子力學中，宇稱算符P̂作用於波函數ψ(r)時會產生以下變換：P̂ψ(r) = ψ(-r)

如果系統滿足：P̂ψ(r) = +ψ(r)則稱該狀態具有偶宇稱（正宇稱）

如果滿足：P̂ψ(r) = -ψ(r)則稱該狀態具有奇宇稱（負宇稱）

1. 量子數特性：宇稱是一個量子數，只能取值+1（偶宇稱）或-1（奇宇稱）

2. 守恆性：在強相互作用和電磁相互作用中，宇稱是守恆的

3. 相乘性：複合系統的總宇稱是各組成部分宇稱的乘積

宇稱守恆定律指出：

• 在空間反演下，物理定律保持不變

• 物理過程的初態總宇稱等於末態總宇稱

• 這一守恆定律在1956年前被認為是普遍適用的

1. 歷史發現：

   • 1956年，李政道和楊振寧提出弱相互作用中宇稱可能不守恆

   • 1957年，吳健雄通過鈷-60衰變實驗證實了這一點

2. 重要性：

   • 打破了傳統對稱性觀念

   • 促進了粒子物理學的發展

   • 李政道和楊振寧因此獲得1957年諾貝爾物理學獎

3. 現代理解：

   • 僅在弱相互作用中宇稱不守恆

   • 強相互作用和電磁相互作用中仍保持宇稱守恆

1. 粒子物理：

   • 用於描述基本粒子的性質

   • 幫助分類強子和介子

2. 原子物理：

   • 原子軌道的宇稱特性影響光學躍遷選擇定則

   • 解釋原子光譜的特徵

3. 分子物理：

   • 分子振動和轉動狀態的宇稱分析

   • 影響分子光譜和化學反應

1. CP對稱性：宇稱(P)與電荷共軛(C)的聯合對稱性

2. CPT定理：任何局部量子場論在CPT聯合變換下必須保持不變

3. 手徵性：與宇稱密切相關的左手性和右手性概念

1. 典型實驗：

   • 鈷-60衰變實驗（吳健雄實驗）

   • π介子衰變研究

   • 中性K介子系統的CP破壞研究

2. 觀測效應：

   • β衰變中電子發射的方向不對稱性

   • 中微子的手徵性（僅存在左手中微子）

1. 促進了對稱性原理的深入研究

2. 推動了標準模型的發展

3. 引發了對宇宙物質-反物質不對稱性的新思考

4. 影響了統一場論的研究方向

1. 尋找新的宇稱破壞現象

2. 研究中微子振蕩與宇稱的關係

3. 探索超出標準模型的宇稱破壞機制

4. 在凝聚態物理中尋找類似的對稱性破缺現象