奇异粒子的研究

1947年在宇宙射线的研究中，首先观察到了奇异粒子，但只是在1954年加速器实验中产生了奇异粒子之后，再经过系统研究，这类粒子的“奇异”特性才逐渐明朗。所谓奇异粒子，是指当时新发现的一大批新粒子，如、 、 、 、Λ、Σ 、Σ 、Σ 、 、 等等，它们的共同KKKK+-00++−00ΞΞ特点是：当它们由于粒子之间相互碰撞而产生时，总是一起产生，而且产生得很快，可是衰变却各自独立地行事，而且衰弱得很慢。简单说来，就是它们总是协同产生、非协同衰变。
     1953年盖耳曼用一个新的量子数，即奇异数来表述这一特性，并假定在强相互作用中奇异数守恒，而在弱相互作用中奇异数可以不守恒，这样就可以对奇异粒子的特性作出恰当的解释。当时对最轻的奇异粒子（现在称为K介子）的衰变过程发现了一个疑难，即所谓的“θ−τ”疑难。这个疑难在于：实验中发现了质量、寿命和电荷都相同的两种粒子，一个叫θ介子，另一个叫τ介子。这两种粒子唯一的区别在于：θ介子衰变为两个π介子，而τ介子衰变为三个π介子。分析实验结果可以得出：三个π介子的总角动量为零，宇称为负，而两个π介子的总角动量如为零,则其宇称只能为正。
     鉴于质量、寿命和电荷这三项相同，这两种粒子应是同一种，但从衰变行为来看，如果宇称应守恒，则θ和τ不可能是同一种粒子。1956年，李政道和杨振宁对历史和现状作了全面考察，他们指出，这一疑难的关键在于人们认为微观粒子在运动过程中宇称必须守恒，强相互作用和电磁相互作用的过程中，宇称守恒是经过检验的，但在弱相互作用的过程中，宇称并没有得到判决性的检验，没有根据说它一定守恒。如果在弱相互作用过程中，宇称可以不守恒，则θ−τ疑难将迎刃而解。李政道和杨振宁在他们的论文中还提出可以通过β衰变，π−μ−e衰变和奇异粒子Λ0衰变等实验来检验宇称是否守恒。
     这些实验的原理是，设置两组含弱相互作用而互为镜象的实验装置，考察这两组装置是否得出相同的结果，如果结果不一样，就可以肯定宇称不守恒。其中β衰变可以选钴−60（⁶⁰Co），测量极化的⁶⁰Co原子核所放射的β粒子（即电子）的角分布，从而检验左右是否对称。另一位华裔美籍物理学家吴健雄率先用⁶⁰Co实验对宇称守恒作了检验。她证明在β衰变过程中，宇称确是不守恒的。宇称守恒定律在弱相互作用领域中被推翻，使人们的传统观念受到冲击，极大地推动了粒子物理学的发展。