科學(xué)家們說宇宙中有四種基本力：引力、電磁力、強(qiáng)核力和弱核力。我們已經(jīng)寫了很多關(guān)于前三個(gè)力的文章，但還沒有真正接觸弱核力問題。在很多方面，它表現(xiàn)出完全令人震驚的行為，例如它是唯一通過粒子自旋就能判斷它是物質(zhì)還是反物質(zhì)的力。那它是如何工作的呢？要理解這一點(diǎn)，我們需要了解一些關(guān)于亞原子自旋的知識。

在經(jīng)典世界中，自旋是非常容易：繞著一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)物體?，F(xiàn)在，科學(xué)家們?yōu)樽孕x一個(gè)方向，用你的右手手指沿著物體旋轉(zhuǎn)的方向纏繞，拇指的方向就是旋轉(zhuǎn)方向。

再簡化一點(diǎn)，我們可以用箭頭代替拇指。箭頭的方向包含了關(guān)于物體自旋的所有信息。在經(jīng)典世界中，箭頭的長度取決于物體旋轉(zhuǎn)的速度。旋轉(zhuǎn)越快的物體箭頭越長，旋轉(zhuǎn)越慢的物體箭頭越短。

在亞原子世界中，這些經(jīng)典思想并非嚴(yán)格正確，但它們還是有些用處的。物體自旋的方向仍然可以用箭頭表示，長度可以表示自旋的大小。但經(jīng)典自旋和量子自旋之間肯定存在重大差異，例如量子物體實(shí)際上并不旋轉(zhuǎn)。此外，量子物體的自旋軸必須與運(yùn)動方向平行或反平行。在亞原子世界中，電子和中微子等粒子的自旋只能為±1/2。正數(shù)的自旋表示表示自旋方向是與粒子運(yùn)動的方向相同，而負(fù)數(shù)的自旋則相反。

因此，在1950年代，科學(xué)家們使用強(qiáng)力和電磁力測試了相互作用，并表明他們都不關(guān)心所涉及粒子的自旋方向。然而，在1956年，理論物理學(xué)家楊振寧和李政道翻閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)沒有人測試過弱力是否在乎自旋。這兩個(gè)人都不知道如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗麄兪抢碚撐锢韺W(xué)家，于是他們求助于吳健雄。

吳健雄是一位非常厲害的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，在研究原子核的自旋方面，她是業(yè)內(nèi)最優(yōu)秀的。所以她決定做的是建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，鈷60通過弱力衰變成鎳60、一個(gè)電子和一個(gè)電子反中微子。為了測試弱力是否關(guān)心自旋方向，她設(shè)置一個(gè)非常強(qiáng)的磁場來對齊鈷原子核的自旋。自旋是守恒的，這意味著它在相互作用前后必須相同。鈷60的自旋為5，鎳60的自旋為4，電子和反中微子的自旋均為1/2。

并且在衰變過程中，為了遵循動量守恒，電子和反中微子會向相反的方向飛走。如果弱力不關(guān)心自旋，那么“電子向上移動和反中微子向下移動”將與“電子向下和反中微子向上”一樣頻繁地發(fā)生。因?yàn)楹茈y探測到中微子，她只是尋找電子飛行的方向。

最后，她看到了最意想不到的事情。電子總是沿著與鈷原子核自旋相反的方向飛走，這意味著反中微子總是朝另一個(gè)方向行進(jìn)，也就是說弱力對某些自旋配置有偏好。

經(jīng)過思考和仔細(xì)研究，我們現(xiàn)在知道吳健雄的實(shí)驗(yàn)源于弱力的一種非常奇特的性質(zhì)。中微子的自旋和它們行進(jìn)的方向有一個(gè)非常嚴(yán)格的規(guī)則，中微子的自旋與中微子行進(jìn)的方向相反，而反中微子的自旋與它們行進(jìn)的方向相同。

我們把自旋方向與行進(jìn)方向相同的粒子稱為右手粒子，而把自旋方向與行進(jìn)方向相反的粒子稱為左手粒子。那么，可能有人會說吳健雄發(fā)現(xiàn)所有的中微子都是左手的，而反中微子是右手的。這種說法其實(shí)是很粗糙的，更準(zhǔn)確的說法是，由于中微子只能通過弱力相互作用觀察到，我們可以說弱力只與左手中微子和右手反中微子相互作用。并且進(jìn)一步概括，弱力與左手粒子和右手反粒子相互作用。

所以這是一件大事，其他力不關(guān)心與它們相互作用的粒子的手性，但弱力關(guān)心。這一發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)界措手不及，要求他們徹底重新思考弱力理論，還提出了右手中微子的問題。它們不存在嗎？還是它們確實(shí)存在，但我們只是看不到它們，因?yàn)槿趿芙^與它們互動？