对称性魔镜会打破吗

在微观世界中，通常“T反演对称性”是成立的。所谓T对称性，表示如果让时间倒流（电影倒放），物理规律保持不变。在宏观世界，时间是不可能“逆转”的，你不能“起死回生”、“返老还童”，也不能将倒掉的水收回来（覆水难收），所谓“门前流水尚能西”，无非诗人的浪漫情怀而已。但是在微观世界，“时间的方向性”就失去了绝对的意义了。只存在过程的彼此平等的正、反方向。

我们看到下图中电子通过正、负极板中的电场。T变换使终点变成起点，但是电子运动仍沿原来的路径反方向运动。这说明，通常力学与电磁学规律具有T不变性。强相互作用与绝大多数弱相互作用过程，都未发现T对称破坏。

在电场中运动的电子及其反演

但是美国科学家克罗宁、菲奇等发现CP不守恒，终于使物理学家领悟到，这实际上也意味着T对称性的轻微破坏。就这样，物理学家“自愿”放弃T守恒定律。到此为止，我们发现在自然界中不但单纯的宇称不守恒，就是CP联合变换也不完全守恒，是否还存在普遍的分立守恒定律呢？或者可以问是否可以找到某种神秘的魔镜，自然界的所有现象对于魔镜来说其镜中的影像都是存在的呢？答案是有！

克罗宁

菲奇

所幸的是，物理学家还有“最后的天堂”没有失去，这就是“CPT”定理。这个定理是泡利和小玻尔在1955年提出的。它是现代高能粒子物理理论的基石之一。顾名思义，CPT定理就是将CP变换再与T变换组合起来，在这种复合变换之下，物理规律保持不变。CPT从术语说也是分立变换，形象地说，是物理学家特别“发明”的一面神奇魔镜，镜中的“像”就是将物理过程相继进行T变换、P变换和C变换所得到的结果。接下来的图就是向上运动的左旋中微子经过CPT魔镜，最后变成向下运动的右旋反中微子。我们知道，自然界确实存在右旋反中微子。在这面魔镜中，微观世界的“对称性”恢复了。感谢上帝，至今尚未发现破坏CPT对称的实验事实。物理学家们总算还固守着对称王国这个魔镜。

（向上运动的左旋中微子）（向下运动的左旋中微子）

（向下运动的右旋中微子）（向下运动的右旋反中徽子）
自然界不存在
物理学家的CPT魔镜

CPT定理有许多重要结论，如粒子与反粒子的质量和寿命应该完全相等，而它们的电磁性质（如电荷及内部电磁结构）相反。现代实验表明中性K介子K0与其反粒子的质量在精度7×10-15之内是相等的；μ子与其反粒子的寿命在精度0.5%之内是相等的；π介子与其反粒子的寿命在精度0.0275是相等的；K介子与其反粒子的寿命在精度0.045是相等的。现代实验资料以极高精确度证明CPT对称性是成立的，这就是我们赖以暂憩的最后天堂吧。看来，CPT定理是微观世界的佛国香界，蕴藏着物理学的真经。

然而，中微子此时又出来进行“表演”了。这一次它似乎担任着挑战CPT对称性的角色。我们知道，在更精确的测量时，正反物质其质量寿命等性质是否完全相同，正是21世纪物理学面临的重要挑战。有科学家宣布中微子与反中微子的质量可能有稍微的不同。中微子似乎在微观世界要掀起第二阵浪潮，打破CPT对称性魔镜。

在2010年希腊雅典召开的中微子研讨会，费米实验室的MINOS实验组宣布了一个可能表明中微子与其反粒子之间的重要差别的结果。这一令人惊奇的发现，如果被进一步的实验所证实的话，会有助于物理学家探索物质与反物质之间的某些基本差别。MINOS实验组对粒子加速器产生的中微子束的振荡问题，进行了高精度的测量。在离产生中微子加速器约75千米的矿井中的探测器测量结果表明，μ子反中微子与τ反中微子的（Δn2）值为3.35×10﹣3电子伏2，比中微子的要小40%。2006年费米实验室测量得到上面两种中微子质量本征态之差的平方（Δn2）为2.35×10﹣3电子伏2，这个结果的置信度为90%～95%。这一结果如果能够得到进一步的证实，将对局域相对论的量子场论和标准模型产生重大影响，但为了证实这一差别不是由于统计涨落误差所造成的，还需要更高的置信度。大自然对于正物质和反物质似乎同样眷顾，两者许多性质相同；但似乎又表现出偏好，两者在宇宙中分布的巨大差异和性质上的可能的微小差异者说明这种微妙的情况。

当然，这个实验结果还有待进一步地更精确实验证实。