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高原宁院士主讲3308维多利亚线路物理学科卓越人才培养计划“名师面对面”
发布日期:2022-12-08 浏览次数:
  供稿:孙琰  |   编辑:曲音璇   |   审核:高原宁

2022122日晚,由北京现代物理研究中心、3308维多利亚线路检测中心、北京物理学会主办的3308维多利亚线路物理学科卓越人才培养计划“名师面对面”第五场活动在线举行。3308维多利亚线路检测中心院长、北京现代物理研究中心副主任高原宁院士做了题为“镜像中的世界可以是真实的吗?”的报告。

自然现象所展现的对称之美无处不在。科学家关于对称性和非对称性的探索,始终是二十世纪物理学发展的一条主线。正如李政道先生2020年在《对称与不对称》再版序中所言:

对称展示宇宙之美,不对称生成宇宙之实。

在探索宇宙的征途中,对称与不对称交相辉映,构成自然界的基本规律,成为指引人类探索大自然的灯塔。我们发现,描述自然界的理论和方程大多是对称的,而自然界的发现实存在却是不对称的。例如,大暴涨中,由于生成的正物质和反物质的不对称才会构成现在的宇宙世界。……

李政道先生为其科普著作《对称与不对称》的再版作序

上世纪四五十年代,人们观测到两种奇异粒子θτ的衰变过程:前者衰变成2π介子;后者则会衰变成3π介子。由于θτ的电荷相同,实验测得的质量、寿命也很一致,物理学家猜测它们应该是同一种粒子的两种不同的衰变方式,但这违反了宇称守恒定律,亦即破坏了空间反射对称性。1956年,李政道和杨振宁经过缜密分析,大胆断言弱相互作用中宇称不守恒[Lee T D, Yang C N. Question of Parity Conservation in Weak Interactions. Phys. Rev., 1956,104(1): 254-258],吴健雄随即用钴60β衰变实验令人信服地证实了他们的猜测[Wu C S, et al. Experimental Test of Parity Conservation in Beta Decay. Phys. Rev., 1957,105(4): 1413-1415]。这项科学成就震惊了整个物理学界——我们也许难以真正领悟其中理论的精髓和实验的精妙,却依然会为他们非凡的勇气、敏锐的洞察力、坚韧的创造力所感染与激励。

李政道、杨振宁的研究论文(1956101日)(上图)及吴健雄等人的研究论文(1957215日)(下图)相继发表于《物理评论》

θ-τ之谜”的破解意味着镜像世界与真实世界遵循着不同的物理规律。于是,“地球人终于可以与遥远的外星人解释‘左’和‘右’的概念了”!高原宁由此向同学们引出粒子物理学中对称性与对称性破缺的概念。继发现空间反射对称性被破坏之后,物理学家又在实验上观测到了正反粒子对称性(C)的破坏以及空间反射与正反粒子联合对称性(CP)的破坏,这就意味着物质世界与反物质世界也具有不同的物理规律。

在粒子物理标准模型中,CP破坏来源于描述三代夸克混合的CKM矩阵。尽管迄今的实验发现与粒子物理标准模型的理论预言是一致的,但仍旧无法定量解释宇宙中正反物质不对称这一重要的科学问题;人类在探索CP破坏起源和机制、理解宇宙起源和早期演化等方面尚需付出“问愈透,创更新”的努力。高原宁为同学们介绍了基于欧洲核子研究中心大型强子对撞机上底夸克探测器(LHCb)等大科学装置得到的最新研究成果和未来发展预期。他鼓励新生代的北大物理人参与国际大科学合作,投身这一对人类开拓知识前沿、探索未知世界、解决重大全球性问题影响深远的研究方向,亲手从实验上和理论上揭开镜像世界的神秘面纱。


在粒子物理标准模型中,CP破坏来源于描述三代夸克混合的CKM矩阵

宋卓洋、张亦鑫、田春迅、许锦程、侯翰飞、范天舒、陈思源、汪昱晨、陆金浩等“物理卓越计划”2022级本科生围绕量子引力、平行宇宙、不可见衰变、大统一理论、热大爆炸理论等轮番留言发问。高原宁在耐心解答的同时,深切地策勉同学们,不仅要保持对科学的好奇心和敬畏心,在治学的征途上求实、唯真,“致广大而尽精微”,也要保持对世界的感受力和想象力,在人生的旅途中向善、臻美,“极炽烈而道清澈”。

3308维多利亚线路检测中心王思广副教授、曹庆宏教授、杨振伟教授、马文君研究员和“物理卓越计划”2022级辅导员等也出席了当晚的活动。



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