宇称为什么不守恒？

宇称不守恒是一种非常有趣的物理现象，它使得诸多物理概念和数学理论建立深刻的联系，不同的物理思想与理论也在这种物理现象中被连成了一个整体。笔者将在本文中阐述一种理解宇称不守恒的相对简单易懂的方法，并阐述出这一物理现象背后深刻地物理思想。我们将从诺特定理、粒子的宇称与弱相互作用和中微子的自旋和宇称不守恒三部分展开叙述这一主题。
第一章：诺特定理——对称与守恒的交响曲
“宇称”这一基本物理概念的提出，离不开一个看起来十分平凡，却在物理学中至关重要的数学定理：诺特定理。在介绍这个定理之前，我们先来了解一下量子数和对称性这些基本的物理学概念。
在我们所生活的这个高度信息化的时代，每个人都被赋予了很多不同的“身份标签” ，例如姓名，指纹，长相，国籍，学历，宗教信仰等等。通过这些身份的标签，我们便能区别每一个不同的人，因而可以说如今我们生活在一个标签化的时代。

图一：每个人都被附上专属自己的标签
对于其他的生命体也同样有此类标签，生物学也专门为区分不同的物种设置了分类系统：“界，门，纲，目，科，属，种” ， “生物分类学”就是专门用来寻找可以区分不同物种的“身份标签”的学科。
【宇称为什么不守恒？】既然所有生命都有自己的标签，那么非生命体呢？换言之，在粒子尺度的微观世界中，微观粒子的“身份标签”都有什么？
当人类具有能力探索微观的基本粒子世界（小编注：19世纪中后期）时，人们发现，微观世界中基本粒子的种类也是丰富多彩的——我们听说过的就有原子，中子，质子，电子，夸克等等。在物理学中，每一个被用于区分不同粒子的“身份标签”都被称作量子数（quantumnumber）。量子数种类繁多，包括读者们熟悉的质量，电荷，寿命，以及许多读者不太熟悉的，基本粒子的自旋，宇称，轻子数等。这些量子数都可以在实验中被精密地测定。

图二：不同基本粒子也有不同的标签
我们今天要介绍的“宇称”也是其中一种被用于标识基本粒子身份的“标签“ ，每一种基本粒子都有宇称（Parity ，记做π），它只取±1两个值，其符号可以由具体的实验来确定。
那么“宇称”这种量子数是如何被发现的呢？它又有何种魅力，引起了物理学界对它的高度重视？
这里我们必须提及二十世纪一位在物理学和数学领域享有盛誉的德国女物理学家及数学家——艾米·诺特（EmmyNoether ， 1882－1935），她提出的诺特定理揭示了物理系统对称性与守恒量之间的深刻联系，其在现代物理学中出于核心地位。

图三：艾米·诺特。图片来自网络
诺特定理说的就是，在一个物理系统中，如果发现该系统具有某种对称性，那么一定存在一种与之对应的物理量，这个物理量在该系统中是一个守恒量。也就是说物理系统的对称性与守恒量是一一对应的。
也许一些读者看到这里依然会感到茫然，因此我们尝试用一些简单的例子去理解诺特定理。我们在上中学的时候就学过能量守恒定律和动量守恒定律，知道在宇宙中能量和动量都是守恒量。诺特女士发现，这些守恒量都对应某一种对称性（symmetry），就是在物理系统具有某种与之对应的对称关系。