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物理学史教案资料

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物理学史教案资料_第1页
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物理学史,方君炜,之 宇称不守恒的发现历程,004,美籍中国物理学家杨振宁和李政道因为发现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 这是中国人首次获得诺贝尔物理学奖让我们对他们表达敬意!,,我们知道,在一件科学大事发生后,引起的轰动还没有稳定的时候,过早 的报道和评价史有 危险的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的发现之后10年例如 ,马克思波恩将薛定谔的波函数解释为概率波后近30年,才获得诺贝尔物理学奖 然而杨振宁和李政道在发表关于宇称不可能守恒的第一片论文1年后,即对他们的假说作出那个惊人的实验证明后仅仅几个月,就被评选为诺贝尔物理学奖获得者这个例外足以说明他们的理论对物理学产生的重大影响能量守恒 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),,,,,,在原子核物理、介子物理和奇异粒子物理中,处于各种状态的粒子也具有奇或偶宇称 宇称守恒定律指出:一个体系若是由两个各有偶宇称的 小体系组成,那么这个体系也是偶宇称的有两个奇宇称组成的体系要形成偶宇称的体系。

反之,一个偶宇称的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、偶数的运算法则是相同的,由此相对应 奇偶奇,,,一个奇宇称的粒子分成两个粒子时,必然是一奇一偶的,一奇一偶的两个粒子组成的体系也必然是奇宇称的,现在我们来看拉波特发现的经验规律,,奇能级 负宇称,,,光子 负(奇)宇称,,能级由奇能级变为偶能级,,这样,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的情况加以限制,从而说明为什么有些过程是不可能观察到的原因 实践证明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的物理家都认为宇称守恒等一切守恒定律在所有的物理现象中都的成立的,也就是对称性的成立,我们的物理世界是建立在绝对对称的美感之上的这种对世界的误解就像当年人们认为天体都是绝对的球体,它们的运行轨迹也是完美的圆形一样这种观点在20世纪50年代受到了来自弱相互作用方面的冲击K介子,,,,,,,随着实验事例增多和分析精细化,英国的达里茨首先发现这些粒子的质量以及其他性质都相同,似乎应当将它们视为同一种粒子矛盾是怎样形成的呢 ?,从原子核撞击出来的短寿命粒子,按6种不同的衰变方式,设想有6种基本粒子,,,,,,,,,,,,介子的空间宇称为负,,,根据宇称守恒的结论是: 粒子是奇(负)宇称, 粒子是偶(正)宇称, 粒子与 粒子是不同的两种粒子。

反之,如果 粒子与 粒子是同一种粒子,则宇称守恒不成立这便是当时曾现在粒子物理学家面前的一个著名的矛盾,叫做“ ”之谜 为了揭开“ ”之谜,物理学家们发生了很大的争论,无多物理学家想在不违背宇称守恒的前提下解开这个谜,但是,我们的杨振宁与李政道先生没有盲从,他们以惊人的勇气与胆识对宇称守恒的普遍性提出了怀疑 1956年夏天,杨振宁与李政道一起查阅了所有的与“宇称守恒”有关的实验论文后,得出结论:和一般人确信的相反,虽然在强相互作用和电磁相互作用中宇称守恒以为实验所证实,但是在弱相互作用过程中宇称守恒定律仅仅是一个被推广的“假设”而已,并没有被实验证实过于是,杨振宁与李政道提出了他们的看法,并向实验物理学家提出建议,用 衰变(中子变成质子时放出一个电子的现象,是典型的弱相互作用)等实验来验证他们的推测他们的论文在1956年10月美国物理评论杂志发表后,立即引起了世界物理学家的关注 然而,“上帝的鞭子”著名的物理学家泡利则认为这是完全不可能的,他曾说过:“我就不相信上帝竟然会是一个左撇子!”在没有别的比这件事更能说明人头脑中旧观念的顽固和杨振宁、李政道的胆识了 由上可知:杨振宁、李政道的成功似乎归结于他们的胆识,但是,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实验的科学,所有的理论都应建立在实验的基础之上,理论要经得起实验的检验。

正是他们对这种信念的坚持超过了对没有实验基础的对称美学的盲从成就了他们的也是中国人的第一个诺贝尔物理学奖!,第一个用实验验证杨振宁与李政道的理论的是哥伦比亚大学的吴健雄和她领导的小组 他们在美国华盛顿国家标准局低温实验室中做了极化钴核的衰变实验,看其在衰变中向两边发射电子的数目是不是对称 该实验通过测量原子核的取向和电子动量之间的夹角 和 处分布的不对称性,即出现一边电子多,一边电子少时,这就是 衰变中宇称不守恒的无可置疑的证据现实,镜像,,上述实验从 粒子的不对称性出发,无需考虑 衰变理论,就可以确定在 衰变中宇称是不守恒的吴健雄等人将他们的实验结果发表在1957年2月的物理学评论上,该论文篇幅仅两页,却是用实验验证 衰变中,宇称不守恒的传世之作 可惜的是:吴健雄并没有因此而获得诺贝尔物理学奖但是,她的贡献是不可抹杀的 杨振宁与李政道的发现重要性在于他们推翻了30多年来一直奉为物理学基本规律的宇称守恒定律,把它下降为只适用于强相互作用和电磁相互作用的一般规律,由此导致了在基本粒子领域中取得实质性的进展在此之后,人们又发现了在弱相互作用中电荷共轭不守恒等其他的不守恒现象。

杨振宁和李政道开创了一个新的时代!,,,,在此之后, 丁肇中与美国物理学家因为各自独立发现了 粒子而共享了1976年诺贝尔物理学奖 朱棣文与美国、法国科学家合作发明了用激光冷却技术俘获原子的方法,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现分数量子霍耳效应,以及对分数量子霍耳效应液体的研究在实验上的贡献而共享1998年度诺贝尔物理学奖 他们是中国人的骄傲,让我们永远记住他们!,,丁肇中,朱棣文,崔琦,让我们永远记住他们!,谢谢,,,,,。

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