パリティ対称性の破れ
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パリティ対称性の破れ（パリティたいしょうせいのやぶれ、Parity violation）とは、空間反転した（鏡に映した）[注釈 1]ときに物理法則が変化すること、または、その様な状態を言う。弱い相互作用が関与して起きることが認められている。
P対称性の破れ、あるいは、パリティ非保存とも。
背景
通常、物理現象は空間反転しても変わらない。たとえば、テレビ映像を見たときその被写体が鏡に反射させているかどうかは判別できない。空間反転によって物理法則が変わらないことを「パリティ対称」ないしは「パリティの保存」という。
物体に働く重力相互作用、電磁相互作用、強い相互作用、弱い相互作用の四つの相互作用の中で、パリティ対称性の破れがみられるのは、弱い相互作用についてであり、他の３作用ではパリティ対称性は保存される。普段の人間の目で直接観察できるのは重力相互作用と電磁相互作用のみであり、パリティ対称性が常に保存されると長い間考えられてきた。
ヤンとリーの予想
1956年にヤン（楊振寧、Chen Ning Yang）とリー（李政道、Tsung-Dao Lee）は、当時説明不可能だったK中間子の崩壊に関する現象を説明するため、弱い相互作用が関与する物理現象ではパリティの対称性が破れると予想した[1]。この予想は、1957年にウー（呉健雄、Wu Chien-Shiung）により、弱い相互作用が関与する物理現象のひとつであるベータ崩壊を観測することで確かめられた[2]。ヤンとリーは、この功績により1957年のノーベル物理学賞を受賞した。
ウーによる検証
ウーは、放射性核種であるコバルト60を極低温に冷却し、磁場をかけて多数の原子のスピンの方向をそろえた状態で、コバルト60がベータ崩壊して発生するベータ粒子の出る方向を調べた。コバルト60のスピンと同じ方向にベータ粒子がでるベータ崩壊と、その反対方向にベータ粒子がでるベータ崩壊は、空間反転した関係にあり、パリティが保存されているなら、2つの崩壊が起こる確率は同じはずである。
実験の結果、ベータ粒子はコバルト60のスピンと逆方向に多く放出されることが示され、パリティ対称性の破れが起こることが確認された[注釈 2]。
脚注
注釈
出典
- ^ Lee, T. D.; Yang, C. N. (1956). “Question of Parity Conservation in Weak Interactions”. Physical Review 104 (1): 254–258. Bibcode: 1956PhRv..104..254L. doi:10.1103/PhysRev.104.254.
- ^ Wu, C. S.; Ambler, E; Hayward, R. W.; Hoppes, D. D.; Hudson, R. P. (1957). “Experimental Test of Parity Conservation in Beta Decay”. Physical Review 105 (4): 1413–1415. Bibcode: 1957PhRv..105.1413W. doi:10.1103/PhysRev.105.1413.
関連項目
パリティ対称性の破れ
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「パリティ (物理学)」の記事における「パリティ対称性の破れ」の解説
詳細は「パリティ対称性の破れ」および「CP対称性の破れ」を参照 パリティは電磁相互作用、強い相互作用および重力相互作用において保存するが、弱い相互作用では破れることが判明した。標準模型は、弱い相互作用をカイラルゲージ相互作用として表現することでパリティ対称性の破れを組み込んでいる。粒子の左巻き成分と反粒子の右巻き成分だけが標準模型における弱い相互作用に関与している。このことは、パリティが通常の宇宙とは反対方向に破れるような隠れたミラー領域が存在しない限り、パリティはわれわれの宇宙の対称性ではないことを示唆していた。 パリティは保存していないということは幾度となく異なる文脈において示唆されてきたが、これらの示唆を真剣に取り上げるだけの決定的な材料に欠けていた。しかし、理論物理学者の李政道および楊振寧によって注意深く調査され、パリティ保存は強い相互作用または電磁相互作用による崩壊においては検証されてきた一方で、弱い相互作用においては検証されていないことが示された。彼らは幾つかの可能な直接的な検証方法を提唱した。彼らの提案はほとんど無視されたが、李はコロンビア大学の彼の同僚である呉健雄を実験を試してみるよう説得することができた。そこで、彼女は特別な低温物理学施設と専門家を必要としたため、実験は国立標準局において行われた。 1957年、呉健雄、E. Ambler、R. W. Hayward、D. D. Hoppes、およびR. P. Hudsonはコバルト60のベータ崩壊において明白なパリティ保存の破れを観測した。実験が終わりに近づくにつれ、二重チェックが進められ、吳は李と楊にその実験がうまくいっており、さらに精査中であることを知らせた。そして、彼女は彼らにこのことは公にしないように頼んだ。しかしながら、李はこの結果をコロンビア大学の彼の同僚に、1957年1月4日のコロンビア大学物理学科の"金曜ランチ"セミナーにおいて打ち明けた。そのメンバーのうち三人、R. L. Garwin、レオン・レーダーマン、およびR. Weinrichは既存の低温物理学実験を修正して、直ちにパリティ対称性の破れを検証した。彼らは吳のグループが論文を投稿する準備が整うまで公表を遅らせ、こうして同じ物理の論文誌にこれら二つの論文が連続して掲載された。 その事実の後、1928年の実験は弱い崩壊におけるパリティ対称性の破れを事実上報告していたが、適切な概念は未だ開発されていなかったので、これらの結果は影響をもたらさなかったことが記されている。パリティ対称性の破れの発見は、直ちにK中間子物理学において未解決のτ–θ 問題を説明した。 2010年、RHIC（相対論的重イオン衝突器）の物理学者グループはクォークグルーオンプラズマにおいてパリティ対称性が破れたバブルが短寿命の間だけ作り出されたことを報告した。実験は、イェール大学のDonner教授を含む幾人かの物理学者によって率いられ、2000年から原子衝突実験を行っているSTAR実験の一部として行われた。パリティ自身の法則における変化を示した
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