微观粒子的内秉宇称不存在的证明.DOC

微观粒子不存在内秉宇称的证明 —— 原子宇称破坏起源于核电荷分布不对称与弱相互作用无关 —— 陈徐宗 梅晓春 内容摘要 对于微观系统的空间反演对称性，目前的物理学存在两套描述系统。一套与微观粒子的内秉宇称概念有关，常用于粒子物理学。另外一套与相互作用哈密顿量有关，常用于量子场论。对于某些过程，这两套描述系统可能存在不一致性。按照与内秉宇称的描述方法，除了弱相互作用外，电磁相互作用和强相互作用过程会出现许多破坏宇称守恒的例子。比如在原子跃迁过程中，电四级矩和磁极矩辐射就是破坏宇称守恒的。在粒子物理学中正负电子对和正负质子对湮灭成光子对的过程和电磁衰变过程，以及某些奇异粒子共振态的产生和衰变过程都是破坏宇称守恒的。然而对于除光子外的其他自由粒子是不可能的PNC过程。后来宇称概念的内涵被扩展，用来代表对微观过程的空间坐标反演。微观粒子都被赋予一个可称为“内秉宇称”的特征，用偶、奇或量子数和来表示），反质子和反中子的内秉宇称为奇（）。介子和等玻色子的内秉），它们的反粒子的内秉宇称也为奇），光子的内秉宇称也为奇）【1】。加上自旋量子数后，微观粒子都被赋予一个称为自旋-宇称量子数的标记。比如对于介子。微观系统的空间反演对称性也被称为宇称守恒，电磁相互作用和强相互作用过程被认为是宇称守恒的，弱相互作用过程则是宇称守恒破坏的。 然而，目前的物理学实际上存在两套方法，描述微观系统的空间对称性。一套与微观粒子的内秉宇称概念有关，常用于粒子物理学。这套方法比较简单，主要用于对过程的可能性进行判断。另外一套与相互作用哈密顿量有关，常用于量子场论。这种描述方法比较复杂，但可以对相互作用过程进行精确计算，得到过程发生的几率和物理量的空间分布。然而，由于这两套方法的基础不一样，就有可能出现不一致，导致矛盾的结果。 为了区分两套不同的描述方法，我们以下把与粒子内秉宇称有关的描述方法称为宇称对称性方法，把与相互作用哈密顿量有关的描述方法称为空间反演不变性方法。以下几个电磁相互作用过程和强相互作用过程是明显破坏宇称守恒的。 1. 电磁相互作用中，一个非常简单的破坏宇称守恒过程，即正负电子湮灭成光子的过程： （1） 假设对撞前正负电子处于自由态且相互远离，对撞湮灭后生成的两个光子也相互远离，我们只需考虑系统初态的宇称和末态的宇称。粒子物理学中，两粒子系统宇称的计算公式是【2】： （3） 电子的宇称为偶，正电子的宇称为奇。对撞前正负电子不是处于束缚态，没有轨道角动量（），宇称是。末态光子是全同粒子，波函数写为： （2） 两个光子产生后就相互远离，也不是束缚态，相对轨道运动角动量为零（）。光子的宇称为奇，对撞后两个光子的宇称是因此过程宇称不守恒介子衰变成光子的过程它们都属于电磁相互作用也都是宇称对称性破坏的 （4） 它们的始末态都是自由粒子，不是束缚态，没有相对轨道运动角动量。然而作者发现，在粒子物理学教科书和文献中似乎没有认真讨论过这些问题介子的衰变问题是非常著名的即所谓的粒子之谜即可以衰变成两个介子也可以衰变成三个介子 和 （5） 介子和介子的宇称都为奇末态产生的介子互相远离也不构成束缚态相对轨道运动角动量为零按照式衰变成两个介子的过程是破坏宇称守恒即三个介子的过程则是宇称守恒的即介子的电磁衰变过程 （6） 介子的宇称为奇，因此的电磁衰变宇称守恒破坏的介子的 （7） （7）式与（5）式衰变成两个介子的过程形式介子的宇称为奇按式有宇称守恒破坏 （8） 刘耀阳还提出实验方案，来检验这个强相互作用的宇称守恒破坏上世纪七十年代以来，M. A. Bouchiat等声称在质量较大的类氢原子中发现之类的跃迁简称为PNC（Parity Non-Conservation）公式一般不成立2. 1 宇称概念的起源 1924年，U.拉波特提出宇称概念用来解释原子的跃迁过程需要遵守的规则，空间反演算符是对波函数的作用定义为 （5） 用再次作用上式得 （6） 由此认为的本征值是的