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生平简介
李政道(Tsung-Dao Lee),1926年9月24日出生于上海,2024年8月4日逝世于旧金山。1943年进入国立浙江大学学习,刚开始学习化学,后来转学物理。因为战争,国立浙江大学迁入贵州。1945年,李政道转入国立西南联合大学。1946年,仅大二的李政道被吴大猷推荐,进入芝加哥大学攻读博士学位,师从费米,并于1950年获得博士学位。1954年(29岁)任芝加哥大学教授,创下了当时的哥伦比亚大学最年轻教授的记录。1957年(31岁)获得诺贝尔物理学奖,他推翻了一个曾经被认为正确的自然界基本定律--粒子总是对称的。1962年加入美国国籍。
宇称守恒
李政道推翻的定律叫做宇称守恒(conservation of parity),即所有物理现象及其镜像应该表现得相同。(相比于“非镜像世界”,“镜像世界”中,左和右被颠倒,物质被反物质替代,但是应当有和“非镜像世界”相同的物理定律)。当李政道于1956年挑战宇称守恒时,物理学界已经广泛接受了这个定律长达30年之久。
李政道对K介子衰变问题产生兴趣。K介子不停地衰变,产生电子,中微子和光子。实验表明,当K介子衰变时,有些K介子衰变成两个π介子(这种K介子叫做 θ介子),有些K介子衰变成3个π介子(这种K介子叫做τ介子),但是这些K介子有相同的质量和寿命,这说明他们可能是同一种粒子。但是 θ介子和τ介子的宇称值不同,一个π介子的宇称是 -1,θ介子由两个π介子组成,宇称是1,τ介子由三个π介子组成,宇称是-1,所以当时并不认为是同一种粒子。
李政道和杨振宁合作,认为只有一种合理的解释:与强相互作用(strong nuclear forces)和电磁相互作用(electromagnetic forces)不同,弱相互作用(weak nuclear forces)不遵从宇称守恒定律。1956年,李政道和杨振宁的论文发表在 Physical Review。同年,吴健雄(Chien-Shiung Wu)进行了一项涉及钴原子衰变的开创性实验,证实了李政道和杨振宁论文的正确性。
1957年的诺贝尔物理学奖授予杨振宁(Chen Ning Yang)和李政道(Tsung-Dao Lee),两人各分项一半的奖金份额,“以表彰他们对宇称定律的深入研究,并由此导致了基本粒子领域的重要发现。” ("for their penetrating investigation of the so-called parity laws which has led to important discoveries regarding the elementary particles")
有趣的一些事情
李政道和费米的互动
费米会让李政道给他讲课,从而帮助李政道建立信心,并通过提问帮助李政道理解。(纽约时报讣告)
李政道解释为什么能发现宇称不守恒
Nobody saw it before “because it was a mental block,” he said in the 2007 interview. “Nobody looked for it.” (纽约时报讣告)
吴健雄和利昂·莱德曼几乎同时验证宇称不守恒
吴健雄使用钴60进行实验,利昂·莱德曼利用μ介子衰变进行实验,两者的论文背靠背发表在 Physical Review。(APS关于宇称不守恒的简介)
参考资料
- 1957年诺贝尔物理学奖(https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1957/summary/)
- 李政道和杨振宁发表的开创性论文 Question of Parity Conservation in Weak Interactions (https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.104.254)
- APS 关于宇称不守恒历史的简介 Landmarks—Breaking the Mirror (https://physics.aps.org/story/v22/st19)
- 吴健雄论文 Experimental Test of Parity Conservation in Beta Decay(https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.105.1413)
- 利昂·莱德曼论文 Observations of the Failure of Conservation of Parity and Charge Conjugation in Meson Decays: the Magnetic Moment of the Free Muon (https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.105.1415)