Naturen er venstrevridd !

  For bare noen tiår tilbake var fysikere flest overbevist om at naturen ikke gjorde forskjell på høyre og venstre. Med dette noe upresise utsagn menes at det var en vanlig oppfatning at dersom man betraktet en gitt prosess, skulle speilbildet av prosessen også kunne opptre, og det med samme sannsynlighet. Imidlertid har det vist seg at dette ikke er tilfelle: De svake vekselvirkninger bryter denne speilbildesymmetrien som går under navnet paritet. (Noe mer teknisk kan vi si at et kvantemekanisk systems paritet er egenverdien til paritetsoperatoren. Paritetsoperatoren foretar en speilbilde-transformasjon ved å endre koordinatsystemet ved .) Det var Lee og Yang som først foreslo at paritet ikke var bevart. Dette gjorde de for å kunne forklare at tilsynelatende samme partikkel kunne henfalle til to slutt-tilstander av motsatt paritet ( ). Allerede året etter ble det vist eksperimentelt at speilbildesymmetrien ikke var respektert av de svake vekselvirkninger. Dette ble etablert ved Wu sitt berømte kobolt-60 eksperiment. Ved paritets-transformasjonen vil vektorer (polarvektorer) som posisjon og impuls skifte fortegn. Imidlertid vil komponentene til en spinnvektor bestå av produkter av posisjons- og impulskomponenter som begge skifter fortegn, og derfor selv ikke skifte fortegn. Slike kalles aksialvektorer. Skalarproduktet av en aksialvektor og en vektor, for eksempel , vil skifte fortegn under paritetsoperasjonen og kalles en pseudoskalar. En forutsetning for at pariteten er bevart i en gitt prosess, det vil si at prosessen og dens speilbilde er like sannsynlige, er derfor at alle observerbare pseudoskalarer har forventningsverdi null. Det Wu og samarbeidspartnere gjorde var nettopp å vise at forventningsverdien til en pseudoskalar ikke var null, nemlig der er hastighetsvektoren til elektroner fra -henfall, og -kjernenes spinnvektor. Elektronene viste altså en asymmetrisk intensitetsfordeling i forhold til kjernenes polarisasjonsakse. Det bør imidlertid nevnes at nesten 30 år tidligere, i 1928, rapporterte R. T. Cox og medarbeidere at de under studier av -henfall hadde observert en annen pseudoskalar som ikke var null, nemlig , der er elektronets spinnvektor, det vil si at elektroner i -henfall var polarisert. Imidlertid ble ikke dette resultatet tatt alvorlig av samtidens fysikere [6].

Vi skal kort nevne en annen type -prosess der paritetsbrudd avsløres ved eksistensen av en pseudoskalar som ikke er null. Figur 4 viser hvordan SM beskriver pionhenfall til myon pluss antinøytrino:

 

  
Figure: (a): Pimeson henfall til myon og anti-myonnøytrino. (b): Henfallet i pimesonets hvilesystem. Åpne piler viser partiklenes spinnkomponent langs impulsaksen.

Vi kaller her nøytrinoet . At dette faktisk er forskjellig fra elektronnøytrinoet ble eksperimentelt påvist i 1962. Det ble vist at nøytrinoer fra -meson henfall (som er helt dominert av henfall til myon pluss (anti-)nøytrino) kun produserte myoner når de vekselvirket med materie. I motsetning til dette var det kjent at nøytrinoer fra -henfall bare produserer elektroner, noe man kunne studere ved kjernereaktorer der det er en stor fluks av elektronnøytrinoer. I figur 4(b) er prosessen 6 skissert slik den tar seg ut i pimesonets hvilesystem. Pimesonet har spinn null. Derfor må myonets og nøytrinoets spinnkomponenter langs bevegelsesretningen være motsatt rettet. Målinger viser at spinnenes retninger alltid er som på figuren, det vil si peker i bevegelsesretningen. Vi sier at det negative myonet og antinøytrinoet har positiv helisitet. I MSM har nøytrinoet masse null. Da er det umulig å tenke seg et koordinatsystem med en Lorentz-boost langs antinøytrinoets retning som 'tar igjen' antinøytrinoet og derfor gir et antinøytrino med negativ helisitet. Men dette må da bety at antinøytrinoetalltid har positiv helisitet. Dette ville også kunne forklare utfallet av kobolt-60 eksperimentet.