推翻宇稱守恆、並為標準模型鋪路的人

堪稱是華人之中最偉大的物理學家楊振寧，今天（10月18日）在北京過世了，享嵩壽103歲。

1956年，就在他34歲生日那天（10月1日），《物理評論》（Physical Review）刊登了他和李政道合寫的論文，懷疑「宇稱守恆」在弱交互作用中並不成立。結果第二年他們兩人隨即獲頒諾貝爾物理獎，創下論文發表後最快摘下桂冠的紀錄，也終於打破華人從未獲得諾貝爾獎的局面，同時也是率先以中華民國國籍獲獎的人。

楊振寧是西南聯合大學第一屆的學生，物理系畢業後，又讀了兩年研究所，1945 年考取公費留學，到芝加哥大學就讀，僅花了三年即取得博士學位。他先在費米的實驗室待了一年，接著1949年獲邀進入普林斯頓高等研究院。兩年之後，小他四歲的李政道也來到普林斯頓，開啟兩人在理論物理上的合作；當時的院長歐本海默曾說，他最喜歡看到的景象，就是楊、李一起走在普林斯頓的草地上。

1954年，楊振寧先和米爾斯（Robert Mills）合作，發表「楊─米爾斯規範理論」，試圖將粒子的各種交互作用（除了重力以外）納入具有對稱性的規範中。這裡的對稱是指物理上的守恆定律，和數學上的對稱性彼此具有對應關係，這是德國女數學家諾特（Emmy Noether）在1918年發現的，她證明了空間的平移對稱與動量守恆定律對應，時間的平移對稱與能量守恆定律對應，而旋轉對稱則是對應到角動量守恆定律。

不過楊-米爾斯理論受限於當時許多問題仍無法解決，並未受到重視。沒想到後來竟成為建構量子色動力學，乃至標準模型的基礎，其重要性與影響力不下於他和李政道後來發現的宇稱不守恆。

楊、李兩人的發現要從「θ-τ之謎」講起。

如上所說，科學家相信自然界的作用力具有對稱性。那麼左右對稱或鏡像對稱又對應到物理上的哪一種守恆？根據薛丁格波動方程式，粒子的行為可以用波函數表示，而在波函數中，粒子的宇稱可分為1和-1兩種，當粒子產生交互作用後，整體的宇稱並不會改變，稱為「宇稱守恆」。科學家發現鏡像對稱所對應的便是宇稱守恆，而粒子物理實驗也不斷證實了宇稱守恆。

不過1950年代初，物理學家從宇宙射線射入雲霧室的軌跡，發現兩種新粒子，一種是θ粒子，它分裂成2個𝝅介子；另一種是τ粒子，它分裂成3個𝝅介子。由於𝝅介子的宇稱是-1，因此根據宇稱守恆，可推論出θ和τ的宇稱分別為1和-1。但奇特的是，θ和τ的質量、電荷和壽命卻又完全一樣，儼然是同一種粒子，令科學家百思不解。