在“当时被广泛认可的物理定律”里,有一条就是“宇称守恒”,可以理解为“物理过程遵守镜像对称”,一个物理系统跟它的镜像,应该能遵守同样的物理定律,形成左右对称的过程 。
杨振宁打过一个“镜中人”的比喻,假如有个人活在镜中世界里,他的心脏长在右侧,其他内脏也都长在和我们相反的一侧,构成他身体的分子也都是我们世界分子的镜像……那么,他的身体应该能遵从同样的物理定律,和我们的身体一样有效地运作 。
镜像对称,天经地义 。在此前的无数物理实验里,“宇称守恒”也从未让物理学家们失望 。这就是为什么许多物理学家不愿质疑这条规则 。拿了1945年诺奖的著名毒舌物理学家泡利就说,“我不相信上帝是个左撇子 。”著名的费曼也劝过想做实验检验此规则的拉姆齐(Norman Ramsey)说,“那是个疯狂的实验,不要在那上面浪费时间 。”费曼还建议以10000 : 1来赌这个实验绝不会成功 。
与大多数物理学家背道而驰,提出“宇称可能不守恒”就需要足够的勇气了 。更难的是,怎么证明“宇称发生了不守恒”?
杨振宁和李政道的灵光一闪就在于此 。
他们想到,全世界一共有四种基本相互作用——引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用(把原子核聚在一起的那种力)、弱相互作用(让放射性同位素衰变的那种力) 。此前支持“宇称守恒”的实验,都和前三种基本作用相关 。
他们花了三星期,做了大量的计算,发现在弱相互作用的衰变实验里,可能反应“宇称不守恒”的项恰好被消除了 。现在只需要再做一些针对性的新实验,就能知道,弱相互作用到底遵不遵从“宇称守恒”?
从那次纽约聚餐,到写出诺奖论文《弱相互作用中的宇称守恒质疑》,只花了两个月左右 。1956年6月底论文写完,10月初论文发表 。在论文里,杨李二人列出了一大堆实验的详细介绍,并说明这些实验可能证明宇称不守恒 。现在,他们需要的就是等待慧眼识珠的实验物理学家,用实验结果来证明或者否定他们的猜测 。
英雄识英雄,当属吴健雄 。
吴健雄是李政道的哥伦比亚大学物理系同事,当时已经定好了圣诞期间阖家出游的游轮船票,但是她凭着对物理学的直觉意识到了验证“宇称不守恒”的重要性,于是她让丈夫一个人去坐游轮,而自己留下来与同事们一起做实验 。
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1958年,吴健雄于哥伦比亚大学|Smithsonian Institution @ Flickr Commons
泡利听说了这事,他跟吴健雄共事过,非常尊重这位“对核物理的兴趣简直浓厚到了令人难以想象的程度”的科学家,于是跟另一个物理学家坦默尔(G. M.Temmer)说,“像吴健雄这么好的实验物理学家,应该找些重要的事去做,不应在这种显而易见的事情上浪费时间 。谁都知道,宇称一定是守恒的 。”
实际上,在找对了方向以后,实验推进得很快 。1957年1月4日恰逢星期五,是哥伦比亚大学物理系传统的“中国菜午餐日”,在聚餐时,李政道当着十几个物理学家兴奋地宣布,吴健雄给他打了电话,说她的初步数据表明了一个“惊人的效应” 。
李政道的同事莱德曼(Leon M. Lederman)听了后忍不住反复琢磨,那天的聚餐他都心不在焉 。一回到实验室,他就开始做另一个可以验证宇称不守恒的实验,只花了3天就得到了结果——实在是太简单、太明确、太成功了,甚至比吴健雄的实验结果还要显著,只可惜应了他的名字,终究来得慢了一步 。
1月8日早上6点,莱德曼给李政道打电话说,“宇称完蛋了 。”
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