《规律简史》｜微观世界中的守恒原理(2)

在粒子物理学中，不同的群被用来描述不同的作用力及其相应的粒子。与平面内的简单转动具有同样效果的群是U(1)群，只有一个参数，它是与量子电动力学（QED）相关的对称群，用于描述由光子传递的电磁相互作用。另外一种群叫SU(2)群，它有3个独立参数。U(1)群和SU(2)群一起可以描述弱相互作用的对称性。在弱相互作用中有3种传递作用力的粒子：W 、W及Z玻色子。SU(2)群有个老兄叫SU(3)群，它拥有8个参数。SU(3)群可以在量子色动力学（QCD）中描述强相互作用的对称性。SU(3)群有8个参数，这就意味着在QCD理论中要有8种携带强作用力的粒子，这8种粒子都叫胶子，就像在QED领域中光子携带电磁相互作用一样。
在电磁相互作用中，光子是不带电荷的。而在强相互作用中，胶子带有色荷（ColorCharge），这就是为什么描述强相互作用的分支学科叫做量子色动力学。当然这种“色”并不是我们平时所讲的颜色，不过是用颜色所做的类比──现代的物理学家浑身都是文艺细胞，他们特别喜欢用类比的方法来进行命名。
2.微观世界里的异类：宇称不守恒的发现
一般来说，在复杂系统中，对称性总是较少，在简单系统中对称性比较普遍。有一种对称性在物理领域具有一定的普遍性，这种对称就是镜像对称。我们知道，在平面图形中有轴对称，相应地，在三维立体世界存在着“面对称”，镜子里面的虚像跟镜子外面的现实世界就是面对称，所以“面对称”被形象地称做“镜像对称”。在20世纪中叶之前，物理学家们已经发现宇宙中的物理规律都符合镜像对称，他们把物理规律的这种对称性叫“宇称”。牛顿运动定律具有严格的宇称不变性，也就是说按照牛顿运动定律发生的过程是宇称守恒的。
在微观世界里，基本粒子有三个基本的对称方式：一个是粒子和反粒子互相对称，即对于粒子和反粒子，定律是相同的，这被称为电荷(C)对称；一个是空间反射对称，即同一种粒子之间互为镜像，它们的运动规律是相同的，这就是上面所说的宇称(P)；一个是时间反演对称，即如果我们颠倒粒子的运动方向，粒子的运动是相同的，这被称为时间(T)对称。
在四大基本相互作用力里，电磁力、万有引力（质量引力）、强力的物理规律都具有宇称不变性，由它们支配的过程都是宇称守恒的。于是大家猜想，宇称守恒具有绝对的普遍性。但是在1955年之前，还有一种力没有被确定是否符合宇称守恒性，这种力就是弱相互作用力。