你对着镜子举起左手，镜中的“你”却默契地抬起右手——这再平常不过的镜像游戏，在物理学家眼里曾是一种铁律：宇宙必须左右对称，自然规律对“左”和“右”一视同仁。直到1956年的一天，一位华裔女科学家把钴-60原子核冻到比外太空还冷，猛然发现电子像叛逆的飞蛾，只朝一个方向扑去。那一刻，镜子碎了——宇宙原来不是双面绅士，而是左撇子。

今天，我们就带你走进这场颠覆世界观的“宇称不守恒”惊世之谜。

什么是宇称？想象你站在镜子前，举起左手，镜中的“你”会举起右手。这种镜像对称性在物理学中称为宇称（Parity）。在很长一段时间里，科学家认为自然规律在镜像世界中应该完全相同——就像牛顿定律或电磁学定律，无论用左手还是右手坐标系描述，结果都不会改变。这种对称性被总结为“宇称守恒”。更一般地，我们把左右对称的粒子称为偶宇称，不对称的粒子称为奇宇称。

显然我们可以想象，如果我们用一把刀劈开粒子，那么，偶宇称的粒子只能被劈成若干个偶宇称的粒子和两两对应的奇宇称粒子的组合，而奇宇称的粒子恰恰相反，永远会多出一个无法配对的奇宇称粒子。科学家们把偶宇称记作+1，奇宇称记作-1， 这样劈开前后的粒子的宇称乘积不变，这就是宇称守恒。

在现实世界里，我们当然很难“劈开”粒子，但是，粒子有可能会自己裂开，这个过程叫做裂变。这是现代物理学研究的重点之一，20世纪50年代，粒子物理学家发现了一个诡异的现象：π介子是奇宇称的粒子，θ粒子衰变成两个π介子（偶宇称），τ粒子衰变成三个π介子（奇宇称）。但θ和τ的其他性质（质量、寿命、电荷）几乎完全相同。它们究竟是两种粒子，还是同一种粒子？若宇称守恒，这种“同一粒子两种衰变方式”的假设是违反宇称守恒的，这就是著名的“θ-τ之谜”。

这令当时的物理学家们百思不得其解，直到1956年的一天，两位年轻的物理学家提出了疑问——为什么我们都默认裂变是遵守宇称守恒的呢？毕竟裂变是一个微观世界里的活动，我们没有理由假设裂变就是像宏观世界“劈开”粒子一样让粒子不发生变化。这两位物理学家就是李政道和杨振宁先生，他们指出过去所有“支持宇称守恒”的实验，从未在弱力领域（如β衰变）验证过，所以弱力领域很有可能就是宇称不守恒的！

为此，他们特意找到了美籍华裔物理学家吴健雄女士，建议通过观察钴-60原子核的β衰变来检验。

这个实验是什么样的呢？ 首先我们知道对于现实世界，左右手可以说是宇称不守恒的。这是什么意思呢？让我们伸出双手，使拇指朝上，食指和中指卷起（如下）。我们可以看出左右手可以轻松地做到对称。

若右手宇称守恒，那么将右手移到左手现在的位置，我们应该能做出相同动作。但实际上，如果我们想把右手的拇指与左手重合，我们会发现，右手的其他手指实际上是指向与左手相反的方向。用物理的话来说就是经过空间旋转变换后右手的宇称发生了变化，也就是右手宇称不守恒。

那么，科学家们自然联想到，只要有粒子的物理现象遵循右手法则，那么在检查对应粒子的宇称时就很容易出现宇称不守恒的现象，钴-60原子核的β衰变正是如此。

什么是右手法则呢？对于电子等粒子，它们具有一种类似于转动的运动，这被叫做自旋。对于一般的物理现象，自旋不会影响到粒子的直线运动。当粒子水平转动时，它既可以向上也可以向下运动，这也是宇称守恒所保证的。但是，李杨两位先生敏锐地意识到，既然宇称不守恒，那么就存在特殊情况会使某些粒子向右旋转时只能向上运动（和右手呈现的结果一致，被称为右手法则），另一类粒子只能向下运动。

现在物理学家已经发现了这些粒子，其中反中微子是右手粒子，中微子是左手粒子。而钴-60原子核的β衰变恰恰是一个只产生反中微子的反应。吴健雄女士通过外加磁场，让几乎所有反中微子的自旋都朝一个方向，那么，如果宇称守恒，反中微子应该依然均匀地朝上下打出，若宇称不守恒，则只能向下打出。而实验结果正是后者，宇称不守恒，困扰了物理学家多年的“θ-τ之谜”就此解决！

值得注意的是，在很多关于宇称不守恒的科普中，由于吴先生论文中做了磁场正反两种方向的结果，引起了很多误解（下图为误解结果），很多人认为这两种情况应该是镜面对称的。其实，这两种情况并不互为宇称反向；另外，任何一条曲线都可以证明宇称不守恒，实际的镜面是螺旋管的中线。

宇称不守恒告诉我们：自然并非完全对称。就像心脏位于左侧、DNA多为右旋双螺旋，微观世界也存在“左右手”的偏爱。这种破缺不是瑕疵，而是宇宙演化的关键密码——从粒子衰变到星系诞生，不对称性可能正是生命存在的理由。

宇称不守恒之所以震撼，是因为它第一次告诉我们：自然界本身就有“左右”偏见。以往人类相信物理定律对左和右绝对公平，但1956年β衰变实验证实，弱相互作用只认“左手”粒子。这个“镜子碎了”的瞬间不仅颠覆了对称美学，更为宇宙为何物质远多于反物质提供了关键线索——早期宇宙若也存在同样的左右偏见，才能在大湮灭后留下今天的恒星、行星和你我。宇称不守恒因此成为粒子物理、宇宙学和生命起源研究共同的核心钥匙。

下次照镜子时，不妨想想：镜中的世界或许并非完全对称，而正是这种“不完美”，塑造了今天的你我。

（作者：李航）