你知道“宇称对称性”吗？它可能是新的物理学方向

据国外媒体报道，粒子物理研究迫切需要升级，物理学家手头有这样一个问题:一些粒子和力在镜像中可能会变得非常不同，这本身就使所谓的标准模型陷入混乱。

当宇宙中的亚原子粒子被转换成镜像时，它们之间几乎所有的基本反应都是一样的。这个镜像被称为奇偶性，被认为是对称的，或者根据物理学，具有奇偶性对称性。

然而，并不是所有的粒子都遵循这个规则。例如，我们知道涉及弱核力(弱相互作用)的反应——由于许多原因，它们本身非常奇怪——违反了宇称对称性。因此，推测量子世界中的其他力和粒子也可能打破这种对称性是合理的。

物理学家对这些反应非常感兴趣，这些反应在理论上违反了宇称对称性，因为它们可以为我们指出物理学的新方向，帮助我们超越粒子物理学的标准模型。在粒子物理学中，标准模型是所有亚原子事物的总结，是描述强核力(强相互作用)、弱核力和电磁力三种基本相互作用以及构成所有物质的基本粒子的理论。到目前为止，三种力的实验结果几乎都符合标准模型的预测。

不幸的是，我们似乎从未在粒子加速器和实验室中看到奇怪的宇称违反反应。这种相互作用既罕见又微弱，用现有仪器无法检测到。

然而，也有一些罕见的例外。

位于日内瓦附近的大型强子对撞机(LHC)是世界上最大的粒子加速器。那里的研究人员一直在寻找这些罕见的相互作用。到目前为止，研究人员还没有取得任何实质性的进展，但即使这样的结果也能带来灵感。负面结果有助于消除没有结果的假设，让物理学家专注于寻找更有希望的新物理方法。

对称性是物理学中最重要的概念之一。

你甚至可以说，物理学家的工作是寻找对称性，它揭示了支配现实最内在运作的基本自然法则。这是一个大问题。

那么，什么是对称？对称性意味着如果你改变一个过程或一个交互作用中的元素，并且这个过程保持不变，这个改变的过程在物理上是对称的。这里可能有点模糊，因为有许多不同的对称性，例如，有时粒子电荷的符号可以改变，有时可以观察到过程向前或向后的时间，有时可以运行过程的镜像版本。

最后，在镜像中观察一个过程被称为奇偶对称。在物理学中，大多数亚原子相互作用，无论是发生在你面前还是镜像中，都会得到完全相同的结果。然而，一些相互作用破坏了这种对称性，例如弱核力，特别是那些涉及中微子的。

中微子总是“向后”旋转(换句话说，它们的自旋点的轴总是远离运动方向)，而反中微子则“向前”旋转(它们的自旋点的轴在飞行时总是向前)，这意味着在常规实验中产生的中微子和反中微子的数量与依靠弱核力的镜像翻转实验相比差别很小。

埃尔·埃斯佩约·罗托

据我们所知，弱核力和弱核力违反了宇称对称性。然而，这可能不是一个例子。我们知道一定有超越当前认知的物理学。一些理论观点和概念也违反了宇称对称性。例如，一些理论预测，在LHC通常探测到的粒子类型的“正常”相互作用中存在微妙的不对称。

当然，这些理论观点既奇怪又复杂，难以验证。在许多情况下，物理学家不确定要寻找什么。

问题是，尽管我们知道当前粒子世界的标准模型是不完整的，但我们不知道去哪里寻找新的模型。许多物理学家希望大型强子对撞机能揭示一些东西——一些新粒子、新的相互作用等等。只要我们能找到新的令人兴奋的东西，但到目前为止所有这些探索都失败了。

除了标准模型之外，以前备受关注的许多理论(如超对称性)正在被逐渐排除，这就是违反宇称对称性可能派上用场的地方。几乎所有标准模型中常见假设的扩展都包括一个限制，即只有弱核力违反宇称对称性。这已被纳入标准模型的基本数学中，这也意味着超对称、轴子和光夸克等概念都保留了这种对称性的“原位”破坏，而不涉及其他过程。

然而，如果这些常见的扩展不成功，那么也许是时候拓宽我们的视野了。

出于这个原因，一组研究人员在大型强子对撞机的小型μ子线圈(CMS)实验释放的数据缓存中寻找宇称违反的迹象。这是一个相当棘手的搜索过程，因为这并不是建造大型强子对撞机的真正目的，但研究人员聪明地找到了一种方法，通过探测其他粒子之间相互作用的残余来达到目的。

研究的结果是没有违反宇称对称性的迹象。标准模型再次经受住了考验。

虽然这项研究没有开辟出一个新的物理领域，这有点令人失望，但它也有助于使未来的研究更清晰。如果我们继续搜索，但仍然没有发现弱核力之外违反宇称对称性的证据，那么我们可以推测，在标准模型之外可能有一些数学结构与主流理论中的那些相同，并且只有弱核力被允许有不同的镜像。