【物理学中的手性 18.】

（18. 粒子物理学的标准模型─弱力的手性理论②）

物理学上注意区别手征性和螺旋性的概念。螺旋度将粒子分为左旋粒子和右旋粒子，是基本费米子的手性表示。螺旋性是实验上可观测到的，是粒子表观上的手性；手征性是量子场论中的一个概念，用来描述隐藏在粒子内部的手性倾向性，在实验上是无法观测的。

螺旋性虽不同于手征性，但它们又是相互关联的。螺旋度是两种不同手征的线性叠加。一个表观上的左旋（或右旋）粒子内部必然同时有左手手征性和右手手征性两种倾向。粒子静态时，这两种倾向相等，相互抵消使粒子没有了螺旋性。而动态时左旋粒子内部的左手手征倾向性增加，右手手征倾向性减少；反之右旋粒子内部右手手生性渐强，左手手征性渐弱。由于费米子的左手手征态在弱相互作用中总左手手征性大于右手的，所以当费米子动起来时，左旋粒子的强度总大于右旋粒子强度。当费米子的速度趋于光速时，左旋粒子内部的右手手征倾向性趋于0，成了100%的左手手征性粒子；同样，右旋粒子的手征倾向性趋于100%。于是此时的螺旋性就等同于手征性。比如外尔费米子（中微子）的质量为0，速度等于光速，其螺旋性就是手征性，弱力由部分手性达到完全手性，即左旋中微子的弱相互作用强度达到最大，而右旋中微子的弱相互作用强度为0.

与人有左右手一样，但多数是右撇子，少数是左撇子。基本费米子也形似如此，左旋费米子的弱相互作用强，右旋费米子的弱相互作用小。如此两者互为镜像，但左手比右手要大得多。这正是宇称不守恒的根本原因导致弱力是一种手性力。它使得宇宙和宇宙镜像以不同的方式展现，见下图1。

弱力的手性在实验上表现为两个方面，一是方向性，二是螺旋性。

方向性表现为衰变产生的粒子散射的方向不是各向同性的，本以为衰变散射方向是随机的，但正如吴健雄教授实测钴－60的 β衰变实验一样，绝大多数的β粒子是逆着钴－60原子核的自旋方向发射的（见图2）。所以对大量粒子而言，在各个方向上的衰变并不是均等的，也就是说粒子衰变散射的方向并不是各向同性的保持着对称性。

螺旋性表现为在衰变过程中产生的费米子大都是左旋的，反费米子都是右旋的，即它们都是部分极化的或部分手性的。这种手性程度随着费米子的速度增加增高，当速度趋于光速时就成为完全手性。可见，宇称不守恒是一种高能现象。粒子速度越大则宇称守恒被破坏程度越大，当趋于光速时，就完全趋于宇称不守恒。比如在中子衰变中，质子和电子都是左旋粒子，而反中微子是右旋粒子。质子的质量大，所以速度低，手性程度也低；电子的质量小，所以速度大，手性程度也大；中微子的质量为0，速度等于光速，所以反中微子是完全手性的。弱电统一理论认为，自然界只存在左旋中微子和右旋反中微子，不存在右旋中微子和左旋反中微子，它的螺旋取向是绝对的。

小结：弱力是手性的，左旋费米子的弱力总是大于右旋费米子的弱力，右旋反费米子弱力总大于左旋反米子的弱力。在空间反演下或照子的操作下，左旋和右旋可以互相转变，所以弱力的大小会随着坐标系的转变而不同。这与通常的宏观世界思维不一样，也说明弱力是一种超凡神奇的作用力。

                                  丰都智愚河畔环境技术工作室