对称性破缺

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标准模型Higgs机制与U(1) 对称性破缺

标准模型Higgs机制与U(1) 对称性破缺

标准模型Higgs机制与U(1) 对称性破缺标准模型Higgs机制与U(1) 对称性破缺在粒子物理学中,标准模型是一种理论框架,能够描述了目前已知的基本粒子及其相互作用。

Higgs机制是标准模型的重要组成部分,它解释了粒子如何获得质量的机制。

本文将重点介绍标准模型中的Higgs 机制以及U(1)对称性破缺。

1. Higgs机制的概述Higgs机制是由彼得·H·希格斯于1964年提出的,它解释了为什么某些粒子具有质量,而其他粒子没有。

在标准模型中,存在一个量子场,即Higgs场,负责赋予粒子质量。

这个场与其他粒子场相互作用,类似于粒子通过与Higgs场相互作用而获得质量。

2. Higgs场的性质Higgs场是一个复数标量场,其具有一个非零的真空期望值。

当Higgs场的真空期望值为零时,粒子都是无质量的。

然而,当Higgs场的真空期望值非零时,粒子与Higgs场相互作用,导致粒子获得质量。

这就是Higgs场的一个重要性质。

3. Higgs粒子的发现为了验证Higgs机制的存在,科学家们进行了大量的实验研究。

最终,在2012年,欧洲核子研究中心的ATLAS和CMS实验室宣布成功发现了一种与Higgs场相互作用的粒子,即Higgs粒子。

这一发现被认为是对Higgs机制的重大确认,并为希格斯授予了诺贝尔物理学奖。

4. U(1)对称性破缺除了Higgs机制,还存在其他对称性破缺现象。

U(1)对称性是一种基本对称性,它描述了一种粒子与相应场的相互作用。

在标准模型中,U(1)对称性破缺解释了电弱相互作用的起源。

5. Higgs机制与U(1)对称性破缺的关系Higgs机制与U(1)对称性破缺有一定的联系。

在标准模型中,Higgs场既与粒子质量有关,又与U(1)对称性破缺有关。

通过Higgs机制,U(1)对称性被破坏,从而解释了电弱相互作用中的粒子质量。

6. 实验证据和未来展望通过大型强子对撞机等实验设备,科学家们已经积累了大量关于Higgs机制和U(1)对称性破缺的实验证据。

时间反演对称性与CP破缺

时间反演对称性与CP破缺

时间反演对称性与CP破缺在物理学中,时间反演对称性是指物理现象在时间正演和时间反演下具有完全相同的形式。

简单来说,如果某个物理过程在时间上的演化是可逆的,那么它就满足时间反演对称性。

但是,在某些特定的物理过程中,我们发现了时间反演对称性被破坏的现象,其中一个典型的例子就是CP破缺。

CP破缺是指物理过程中的粒子-反粒子对称性和宇称对称性同时被破坏。

粒子-反粒子对称性是指粒子与其反粒子具有相同的质量、自旋数和反应特性。

而宇称对称性是指物理过程在空间坐标的反演下具有相同的形式。

实验观测到的事实是,在一些弱相互作用过程中,CP对称性被破坏。

这就导致了物理学家对时间反演对称性是否也被破坏产生了极大的兴趣。

为了讨论时间反演对称性与CP破缺之间的关系,我们首先需要了解时间反演变换。

在经典物理学中,时间反演变换可以用来描述一个物理系统在时间上的演化被逆转的情况。

简而言之,时间反演变换可以将质点在动力学下的运动方程\[m\frac{d^2x}{dt^2} = F(x,t)\]转化为质点在时间倒转下的运动方程\[m\frac{d^2x}{dt^2} = -F(x,-t)\]从上述表达式可以看出,在时间反演变换下,质点的运动方程的形式仍然保持不变,只是时间的正负号发生了变化。

然而,当我们将时间反演对称性应用于量子力学中时,情况变得复杂而有趣。

根据量子力学的基本假设,一个粒子的状态是由一个波函数来描述的,而波函数则满足时间依赖薛定谔方程。

经过计算,我们可以发现,波函数在时间反演变换下的行为是非常规则的,并不能简单地用时间的负号来表示。

这里就牵扯到了量子力学中的CP变换。

CP变换将一个粒子的波函数进行一系列的变换,包括时间反演、粒子->反粒子的变换以及空间镜像的变换。

在理想情况下,当一个物理过程满足CP对称性时,它应该在时间反演和CP变换下保持不变。

然而,实验数据显示,在一些具有弱相互作用的物理过程中,CP对称性被破坏。

对称性自发破缺PPT课件

对称性自发破缺PPT课件

宇宙涨落
这个定理在物理学的很多分支都有应用,其中一个是宇宙学。你或许知道 我们对宇宙微波背景辐射的观测正用于对宇宙指数膨胀期的性质设置约束 ,这一时期称作“暴胀”(inflation),被广泛认为发生于辐射支配宇宙之 前。但这有个问题,在暴胀结束和宇宙微波背景辐射发出之间,存在许多 没有完全理解的事件:暴胀后宇宙温度提高,重子的产生,冷暗物质退耦 等等。那么在我们不理解之间发生了什么的时候,怎么可能通过研究暴胀 很久之后发出的辐射来研究暴胀呢?
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我们能够避开这个问题的原因在于我们研究的宇宙涨落属于绝热过程,可以看做与 一般坐标不变性联系的一种对称所要求的戈德斯通激发,这种对称在时空几何中发 生了自发破缺。这些宇宙涨落的波长被暴胀剧烈拉伸,以至于在那个我们不理解的 时期已经变得非常大,所以宇宙涨落的频率为零,这就意味着这些涨落的振幅没有 改变,所以与今天较为接近的振幅值就可以告诉我们暴胀中发生了什么。
Lecture 4 Higgs Boson in SM
François Englert Peter W. Higgs
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对称性自发破缺(铁磁体、超导) 铁磁 Heisenburg (1928) 超导 BCS 理论 (1957)
Nambu (1960)
condensation of Cooper pairs into a boson-like state
一个问题:超导体中的电流是否由已知带电粒子、电子和离子载流?BCS 证
明中最重要的一点就是,理解超导性不需要引入新的粒子或作用力。根据库
珀向我展示的一本关于超导的书,许多物理学家甚至为此感到失望,因为“
超导性在原子尺度上竟然只是由于电子和晶格振动之间的微小相互作用。”

弦理论镜像对称性破缺的动力学机制

弦理论镜像对称性破缺的动力学机制

弦理论镜像对称性破缺的动力学机制引言:弦理论是目前最有希望成为统一描述宇宙微观物理的理论之一。

在弦理论框架下,镜像对称性被认为是一个基本的对称性。

然而,研究表明,在特定的条件下,弦理论中的镜像对称性可以被破坏。

本文将探讨弦理论中镜像对称性破缺的动力学机制。

1. 弦理论中的镜像对称性弦理论认为,宇宙的基本要素不再是点状粒子,而是一维细长的弦。

在弦理论中,存在着一种非常特殊的对称性,即镜像对称性。

根据镜像对称性,存在两种类型的弦:左手性和右手性弦。

两种弦之间通过镜像对称性相关联,它们具有相同的物理性质。

镜像对称性在空间维度和超弦理论中都起着重要的作用。

2. 镜像对称性的破缺然而,一些研究表明,在特定的条件下,弦理论中的镜像对称性可以被破坏。

镜像对称性的破缺可以从两个层面来理解:弦自身的动力学机制和背景场的影响。

2.1 弦自身的动力学机制弦的动力学机制决定了其振动模式和特性。

在某些情况下,不同振动模式的耦合可以导致镜像对称性的破缺。

例如,在超对称弦理论中,弦的超对称性可以与其中一些振动模式相耦合,从而导致左手性和右手性弦之间的物理性质不再相同。

2.2 背景场的影响背景场在弦理论中扮演重要角色,它们可以影响弦的振动和相互作用。

一些背景场的存在可以破坏弦理论中的镜像对称性。

例如,在早期宇宙演化中,由于背景场的引入,镜像对称性可以被临时破坏。

3. 动力学机制的研究方法为了研究弦理论中镜像对称性的破缺动力学机制,物理学家采用了多种方法和技术。

其中包括路径积分方法、共形场论、对偶性等。

这些方法可以帮助我们理解和描述镜像对称性的破缺过程,揭示弦自身和背景场之间的相互作用。

4. 实验验证与观测意义弦理论的实验验证一直是物理学家们的追求目标。

在镜像对称性破缺的研究中,实验验证也具有重要的意义。

通过实验观测,我们可以验证弦理论中的破缺机制是否与自然界一致,进一步探索弦理论和镜像对称性的精确性和适用性。

结论:弦理论镜像对称性的破缺是一个引人深思的问题。

量子物理中的时空对称性与对称破缺机制

量子物理中的时空对称性与对称破缺机制

量子物理中的时空对称性与对称破缺机制引言量子物理是研究微观世界的一门学科,其中时空对称性和对称破缺机制是重要的研究领域。

本文将详细探讨这两个概念,并解释它们在量子物理中的作用。

时空对称性时空对称性是指物理系统在时空坐标变换下保持不变的性质。

在相对论中,时空坐标变换包括时间和空间的平移、旋转以及洛伦兹变换等。

时空对称性是量子物理理论中的基本原则之一,它对于物理定律的形式和结构起着决定性的作用。

量子力学中的时间对称性在量子力学中,时间对称性是指物理系统在时间演化下保持不变的性质。

根据量子力学的基本原理,物理系统的时间演化由薛定谔方程描述。

薛定谔方程是一个时间反演对称的方程,即如果一个解是物理可行的,那么它的时间反演也是物理可行的。

这就意味着在量子力学中,时间对称性是基本的。

量子场论中的空间对称性在量子场论中,空间对称性是指物理系统在空间变换下保持不变的性质。

量子场论是描述粒子与场相互作用的理论,其中最重要的是规范场论和自发对称破缺。

规范场论中的规范场是一种介质,它的变换规则决定了物理系统的空间对称性。

自发对称破缺是指在规范场论中,系统的基态并不满足全部的对称性,而是通过一种机制将对称性破缺。

对称破缺机制对称破缺机制是指在物理系统中,由于一些微观效应的存在,系统的宏观性质不再满足全部的对称性。

对称破缺机制在量子物理中起着重要的作用,它解释了为什么我们观察到的自然界具有一些特殊的性质。

自发对称破缺自发对称破缺是对称破缺机制中的一种重要形式。

在自发对称破缺中,系统的基态并不满足全部的对称性,而是通过一种机制将对称性破缺。

一个经典的例子是超导现象。

在超导体中,电子形成了库珀对,这导致了电子在超导体中的运动不再受到电磁场的干扰,从而表现出超导的性质。

这种对称破缺机制在量子物理中有广泛的应用。

量子色动力学中的手征对称破缺量子色动力学(QCD)是描述强相互作用的理论,其中存在一个手征对称性。

手征对称性是指左手和右手的粒子在相互作用中保持不变。

宇宙早期物质反物质不对称

宇宙早期物质反物质不对称

宇宙早期物质反物质不对称宇宙的起源一直是科学家们深入研究的重要课题之一。

在对宇宙演化过程的探索中,物质和反物质的不对称性问题引起了广泛关注。

本文将探讨宇宙早期物质反物质不对称的原因及其可能的解释。

一、宇宙演化背景宇宙大爆炸后,宇宙开始了快速的膨胀过程,温度逐渐下降。

在宇宙的演化过程中,物质和反物质是根据能量守恒的原则相互转化的。

然而,根据目前观测到的宇宙现象来看,宇宙中物质的数量远远多于反物质。

二、物质反物质对称性破缺为了解释物质反物质不对称的问题,科学家们提出了多种可能性。

其中,最广为接受的观点是物质反物质对称性破缺。

1. CP对称性破缺CP对称性是指物理过程在同时改变粒子的荷号(C)和宇称(P)时保持不变。

然而,实验观测到的弱相互作用下的CP对称性破缺现象,暗示了物质反物质不对称的存在。

2. Baryon Number违反Baryon Number(费米子数)是宇宙中粒子数量守恒的基本原则。

然而,早期宇宙的物理过程可能导致Baryon Number的违反,使得物质和反物质的产生不对称。

三、物质反物质不对称的可能解释为了解释物质反物质不对称的问题,科学家们提出了一些假设和理论模型。

1. 非平衡态破缺一种可能的解释是宇宙早期存在非平衡态过程,导致物质和反物质的产生不对称。

例如,度规扰动和拓扑缺陷等非平衡态过程可能引发物质反物质不对称。

2. CP破缺CP对称性的破缺可能是物质反物质不对称的根源之一。

在超对称理论和弦论等物理学模型中,CP破缺的机制被广泛研究。

3. 新物理学模型除了以上的解释,一些新物理学模型也提出了解决物质反物质不对称问题的可能性。

例如,超对称标准模型和暗物质等理论,提供了新的研究方向。

四、面临的挑战与未来展望尽管科学家们已经取得了一些重要的进展,但物质反物质不对称问题仍然是一个未解之谜。

为了解决这个问题,我们需要进一步加强宇宙学的研究,深化物理学的理论模型,并开展更加精确的实验观测。

镜像对称破缺导致物质不对称性

镜像对称破缺导致物质不对称性

镜像对称破缺导致物质不对称性镜像对称破缺是指在物理系统中,对称性在镜像操作下发生破缺。

而物质的不对称性是指物质世界中左右对称性的破缺。

在自然界中,物质的不对称性是普遍存在的,并且对我们的生活和宇宙的演化起着至关重要的作用。

物质不对称性最早被发现于1956年,当时非洲裔物理学家李政道和杨振宁提出了弱相互作用的CP破缺理论。

他们发现,弱相互作用在粒子衰变中存在不对称性,这导致了物质世界中的手性(左右)不对称性。

在粒子物理学中,手征性是指粒子或场的旋量性质。

左手性粒子与右手性粒子在手征变换(镜像操作)下会相互转化。

然而,在自然界中观察到的粒子只有左手性,这意味着自然界中存在手征性的破缺。

手征性破缺的一个关键原因是引入了手征对称性破缺的赝标量场,即赝标量。

赝标量场在标量场的定义下进入了弱相互作用的拉格朗日量中。

赝标量的存在对粒子衰变有着重要的影响。

例如,考虑K介子的衰变过程,按照CP标称守恒的原理,K介子和反K介子具有相同的衰变率。

然而,实验观测到K介子和反K介子的衰变率并不相等,这就暗示了CP对称性的破缺和物质不对称性的存在。

为了解释物质不对称性,物理学家沃尔夫冈·帕乌利和沃尔夫冈·克莱因提出了帕乌利-克莱因理论,也被称为有效拉格朗日量理论。

在这个理论中,他们引入了带有手征对称性破缺的角标量场,这些场对粒子衰变起到重要的作用。

帕乌利和克莱因的理论为解释物质不对称性提供了一个非常有力的框架。

他们的理论预测了存在手征对称性破缺的新粒子,并在实验中得到了验证。

这一发现对粒子物理学和宇宙学产生了深远的影响。

物质不对称性不仅存在于微观世界中,也在宏观世界中得到了验证。

例如,地球上的分子和生物分子都有手性,这样的不对称性在化学和生物学中起着重要的作用。

虽然粒子物理学和天体物理学的实验证据表明了物质不对称性的存在,但我们对其起源和机制的理解仍然有限。

物理学家们付出了很多努力来解释物质不对称性。

一种可能的解释是宇宙学中的早期宇宙条件,例如大爆炸后不久的宇宙对称性破缺事件。

物理学中的时间倒转对称性破缺

物理学中的时间倒转对称性破缺

物理学中的时间倒转对称性破缺时间是我们生活中不可或缺的一种概念,而在物理学中,时间的本质和特性也被广泛探讨和研究。

在这个领域中,有一个重要的概念叫做时间倒转对称性,它描述了物理系统在时间反演变换下的行为。

然而,许多物理现象表明,时间倒转对称性在某些情况下是被破坏的。

本文将探讨物理学中时间倒转对称性破缺的一些例子和相关的研究。

首先,让我们了解时间倒转对称性的基本概念。

时间倒转对称性是指在物理系统的动力学方程下,如果将时间按照t→-t的方式进行变换,物理系统的行为不发生改变,即系统在正向和反向的时间演化下具有相同的行为。

这就意味着,从时间的角度来看,任何物理现象都应该可以在正向和反向的时间演化下互相转换。

然而,事实上,许多物理现象并不遵循时间倒转对称性。

其中一个最著名的例子是关于热力学中熵的增加的原理。

熵是描述系统无序程度的物理量,在热力学中,它具有一个重要的特性,即熵永远不会减少。

这被称为热力学第二定律。

然而,如果我们按照时间倒转的方式来考虑一个封闭的系统,我们会发现很难解释为什么熵会不断增加。

根据时间倒转对称性,熵应该在正向和反向的时间演化下保持不变,但实际情况却不是这样。

这就表明了时间倒转对称性在热力学中被破坏了。

另一个例子是关于量子力学中的微观粒子行为研究。

根据时间倒转对称性,一个量子粒子在正向和反向的时间演化下应该有相同的行为。

然而,实验观察到,某些过程在时间倒转下是不可逆的。

例如,质子和电子相遇并重新结合形成原子时,这个过程在时间倒转下是不可逆的。

这种现象被称为CP破坏,其中C代表电荷共轭变换将粒子变成其反粒子,P代表空间反演变换将粒子从一个位置移动到另一个位置。

CP破坏的存在表明时间倒转对称性在量子力学中也被破坏了。

此外,宇宙学中的一些现象也显示了时间倒转对称性的破坏。

例如,我们观察到宇宙正在以加速的速度膨胀。

根据时间倒转对称性,我们期望宇宙的膨胀速度应该是减速的,而不是加速的。

这被称为暗能量问题,它暗示着宇宙中存在一种未知的能量形式,这种能量具有反常的性质,导致宇宙膨胀加速。

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对称性破缺对称性破缺是一个跨物理学、生物学、社会学与系统论等学科的概念,狭义简单理解为对称元素的丧失;也可理解为原来具有较高对称性的系统,出现不对称因素,其对称程度自发降低的现象。

对称破缺是事物差异性的方式,任何的对称都一定存在对称破缺。

对称性是普遍存在于各个尺度下的系统中,有对称性的存在,就必然存在对称性的破缺。

对称性破缺也是量子场论的重要概念,指理论的对称性为真空所破坏,对探索宇宙的本原有重要意义。

它包含“自发对称性破缺”和“动力学对称性破缺”两种情形。

中文名对称性破缺外文名Symmetry Breaking目录1. 1简介2. 2系统3. 3物理4. ▪超对称5. ▪弱作用规范6. ▪ 11维空间1. 4生物2. ▪手性破缺3. ▪ Salam 假说4. ▪局限性5. 5耗散分岔6. 6反馈机制1. 7举例2. ▪宇称不守恒3. ▪贝纳德对流4. ▪意大利怪钟5. ▪重子与反重子6. ▪生物界应用1. ▪真空不空2. ▪对称性破缺也叫CP破缺3. 8社会简介李政道认为对称性原理均根植于“不可观测量”的理论假设上;不可观测就意味着对称性,任何不对称性的发现必定意味着存在某种可观测量。

李政道说:“这些‘不可观测量’中,有一些只是由于我们目前测量能力的限制。

当我们的实验技术得到改进时,我们的观测范围自然要扩大。

因而,完全有可能到某种时候,我们能够探测到某个假设的‘不可观测量’,而这正是对称破坏的根源。

这和“对称性破缺则是由‘宏观’走向‘微观’而展现事物差异性的方式”哲学观点是一致的。

假如没有对称性破缺,这个世界将会失去活力,也将是单调、黯淡的,也不会有生物。

自然界同样也存在着诸多对性破缺的例子。

比如:弱作用力下的宇称不守恒、粒子与反粒子的不对称、手性分子的对称性破缺等等。

系统耗散理论在解释生命分子手性起源中取得了较大成功,这也是本书所拥护的观点;近些年也得到更多的实验支持。

普利高津(Prigogine)认为,在远离平衡的条件下,一个开放的物理化学体系可以通过分支现象,从原先空间均匀的各向同性状态发展到集中都是稳定的但时空特性可能不同的有序状态,即由无序中产生有序。

这两种空间有序状态唯一的差别可能仅仅在于其对称性,体系远离平衡态时在分支点附近对微小扰动是敏感的。

1998年Kenso Soai和他的小组证实了分叉结构(bifurcation framework)。

他们采用了混合了对映异构的亮氨酸,其中一种构型少量过剩。

在这不均衡的溶液中反应形成的嘧啶醇也有一种对映体少量过剩。

这种分子在自身形成过程中能起催化作用,因而占主导地位。

因为自催化的循环反应结构放大了这个细微手性破缺效应,这使得生命分子为择单一手性。

1995 年3 月,美国《科学》杂志报道在洛杉矶召开的“生物分子手性均一起源”的国际会议上,与会的物理、化学、天文学家大多数认为,“没有手性就没有生命”,“手性起源先于生命”而不是生命自然选择了手性。

2006 年6 月1 日出版的《Nature》7093 期第621 页一篇题为“Thermodynamic control of asymmetric amplification in amino acid catalysis”的文章,Martin Klussmann 等人提出了手性分子不对称扩增的另一种解释,这是对自催化机制的一种替代机制。

与传统手性药物合成不同的是,这是一种动力学控制下的不对称扩增。

总的来说分子的手性根源来自于弱相互作用,这说明电磁作用力并不是化学尺度上唯一影响化学分子的作用力。

弱相互作用所诱发的费米子的手征性,主要通过反馈特征的自催化效应及其它某种放大机制,放大到分子尺度,从而成为生命形成重要的驱动因素。

物理物理学中几何对称与抽象对称对称性破缺可以理解为原来具有较高对称性的系统,出现不对称因素,其对称程度自发降低的现象。

或者用物理语言叙述为:控制参量λ跨越某临界值时,系统原有对称性较高的状态失稳,新出现若干个等价的、对称性较低的稳定状态,系统将向其中之一过渡。

和前面群论提到几何对称操作中旋转、反映、反演相似,在物理学中则是电荷对称、时间反演、空间反映,的对称操作就是C、T、P。

CTP也存在对称与破缺。

按照诺特定理,守恒量意味着对称性;在物理学上不仅仅有几何的对称还有抽象的对称。

比如:电荷守恒定律涉及抽象的性质而非动力学的性质,它对应着抽象的对称性;还有保守力在保守场中的做功,这些就是规范对称。

在寻求各种相互作用力的理想的量子理论中,规范对称性在起着核心的作用;而且统一力的理论尝试也是在规范对称性的范围之内的。

对称性破缺的一个例子,对称参量环面的扭结超过临界值,系统向对称性较低的稳定状态过渡。

在哪里形成新的结并不重要,因为整个变化过程是混沌的。

11维空间上面提到超对称几何也可以作为引力几何理论的基础,相应的理论就称为超引力论。

在超引力中,引力子已不再是传递引力的唯一媒介粒子,超对称是在费米子与玻色子之间提供了M-数的守恒,从而形成现在物质占主要的世界。

物质在四种作用力下分层次演化。

通过复杂的核合成过程形成早期的原子核,再形成原子和分子。

前面提到电弱作用力间对称破缺的Higgs 机制,在最低能量下不为0 的真空极化从而导致电弱对称破缺。

电弱作用力通过“弱荷流”(W)和“弱中性流”(Z )区分的手性弱力提供了对称破缺的扰动(弱荷看成电荷,中间玻色子看成电磁波的光子)。

任何两个基本粒子间的这些流的强度取决于粒子间的距离和它们的电荷。

电子档靠近原子核时,受到中性弱力引起电子轨道的扰动,使它选择手性。

如图(i)轨道是非手性的,但是由于Z0 扰动导致出现手性旋转,图中(b)代表自发对称破缺(Autocatalytic symmetry-breaking)源于随机的手性分岔,弱扰动破坏稳定性从而形成具有手性的(iii)。

这样的对称破缺会被放大到聚合系统中,在分子D 和L 构型的竞争中,哪个具有负反馈系统那个就会占主导。

奥克兰大学的Chris C. King 在宇宙生物学论文中提到在Murchison 陨石(1969 年落于澳大利亚)上非生物氨基酸往往倾向于左手构型。

这说明,在生物产生以前这种不对称机制就可能已经存在。

手性破缺宇称不守恒弱相互作用对应于产生手性分子有两种假说。

一种是以带电电流宇称不守恒(Charged Current-Parity Non conservation:CC-PNC)为基础的假说,认为由于CC-PNC,β衰变产生径向极化电子,进入物质内部产生圆偏振光辐射,导致底物分子立体选择合成或分解,从而产生手性分子。

另一种以弱中性流宇称不守恒(Neutral Current-Parity Non conservation:NC-PNC)为基础的假说,认为NC-PNC 造成对映体之间微小的能差叫宇称破缺能差(Parity Violating Energy Difference, PVED),PVED 进一步在对映体分子的物理性质及反应速率上形成差别,经过放大可以产生均一的手性。

Vester-Ulbricht机理一个基本粒子(电子或正电子)静止时是球对称的,因此是非手征性的。

但一个自旋粒子沿着自旋轴的任一方向移动时,它就成为手征性的。

β-电子为左手螺旋电子,β+电子为右手螺旋电子。

Goldharber 在1957 年发现,从某一辐射核ß 衰变中产生的电子是径向偏振的,由此电子产生的韧致辐射产生圆偏振光。

1959年Vester 和Ulbricht首先将β衰变的不对称性和生物分子的不对称性联系起来,提出Vester-Ulbricht机制。

不对称性可从基本粒子水平转移到分子水平,ß 衰变所表现的手性与自然界生物分子的手性间有因果关系。

ß 衰变中产生的偏振电子,对外消旋分子或前手性分子产生非对称性影响,最后由不对称合成或分解产生手性分子。

β衰变→纵向偏振电子→园偏振电子→不对称光化学作用→手性的。

Vester-Ulbricht机理的相关实验1968 年,Garay 将1.33e7Bq 的SrCl2,分别加入到L 与D 型酪氨酸的碱性溶液中,在室温放置18 个月后,发现D-酪氨酸分解比L 型显著,并认为这是由于发生偏振光的ß 射线作用,是D-酪氨酸进行了立体有择性分解。

1975 年Bonner 用120keV 的线性加速器,来产生天然的自然反平行(AP)“左手性”电子,也可产生非天然的自旋平行(P)“右手性”电子,进行辐解D-和L-亮氨酸的实验。

在53%-76%样品分解后,AP 电子产生0.60%-1.42%过量的L-亮氨酸,P 电子可产生0.74%-1.14%过量的D-氨基酸。

1976年Darge 等将标记32P 的磷酸盐加入到消旋的D、L-色氨酸水溶液中,在-25℃下放置12 周后测定紫外光谱,发现色氨酸的分解率为33%,必旋光度为+(0.7±0.4)e-3 度。

由此可见L-色氨酸比D-色氨酸优先分解,造成了大约19%的D-色氨酸的浓集。

这一结果与Garay的结果矛盾。

但Bonner重复Garay和Darge的实验,Hodge重复Bonner的实验,都没得到立体选择的结果,使得这一假说争论了近半个世纪。

王文清认为γ射线无手性选择分解;β电子对氨基酸的不对称分解只有在低温、初始阶段远离平衡态,即在开放体系才能得到,如无放大机制,达到热力学平衡差别消失。

王文清根据王建英、罗辽复理论研究,以量子力学的理论方法,从β电子与手性分子的电磁作用出发,探讨了β电子和正电子在不对称分子上的非弹性碰撞,证明了对于对映异构体D-和L-氨基酸分子,碰撞截面的相对差值。

差值F与旋光强度和和偶极强度的比值成比例,数值上为10-6量级,通过运算得到,当L型分子旋光强度大于零时,极化电子优先分解D型分子,反之当旋光强度小于零时,极化电子优先分解L型分子。

1993 年王文清、罗辽复在意大利国际生命起源会议上指出:长期以来,人们忽视了构型和旋光兴并不是同一概念,&szlig; 粒子是对氨基酸的旋光性(左旋Rn<0,,右旋Rn>0)有选择,而不是对构型(D,L)有选择。

β电子和手性分子左右不对称碰撞,导致某些特定的化学反应速率常数的不对称为10*(-6)量级,并且对于每一确定的化学反应都有确定的符号。

速率常数的不对称性将在反应扩散方程中加入不对称的外力项,在反应扩散方程的解-L和D型分子的浓度中,这种不对称效应被明显放大。

根据丁达夫、徐京华分析,如果不对称外力为η量级,则解的不对称性可达η1/3的量级。

因此,在β电子照射下,通过适当的化学反应可使D和L型氨基酸分子的相对浓度差别达到10*(-2)~10*(-3)。

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