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title: "弱衰变的镜像检验互动实验｜Sandbox Physics"
description: "为什么把核自旋反过来，电子偏爱的发射方向也会反过来？极化钴核更常把贝塔电子发向自旋的反方向。自旋反转，电子偏爱的方向也跟着反转。把空间方向反过来后，这种对应关系改变了，说明弱衰变破坏宇称对称性。"
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last_modified: "2026-10-24"
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P001 · 极化原子核的贝塔衰变

# 弱衰变与打破的镜像

**为什么把核自旋反过来，电子偏爱的发射方向也会反过来？** 极化钴核更常把贝塔电子发向自旋的反方向。自旋反转，电子偏爱的方向也跟着反转。把空间方向反过来后，这种对应关系改变了，说明弱衰变破坏宇称对称性。

转动原子核的自旋方向，看电子更常往哪边飞。反转极化、让原子核失去排列，或让自旋横过探测器，比较两边的计数。

> 交互仿真：在浏览器中打开本页，即可调整参数并运行模型。

拖动金色自旋箭头。下方分别显示模拟样本和探测器接收比例的理论值。

蓝柱来自 2400 个模拟电子；金线是角分布模型。两只探测器的接收锥相同，右图显示各自接收比例的理论值。

模型和科学来源

模型采用钴六十主要分支的允许纯 Gamow–Teller 角分布，电子动能固定在所选值。自旋是轴矢量；空间反演会反转电子动量，保留自旋方向。反转极化是实验对照，并不是镜像操作。源视为点，两个探测器效率相同；不考虑散射、磁场偏转、反冲阶修正和完整电子能谱。粒子尺寸放大，时间放慢。

$$
\frac{dP}{d\cos\theta}=\frac{1+A P\beta\cos\theta}{2},\qquad A=-1
$$

- [Wu, Ambler, Hayward, Hoppes & Hudson (1957)](https://doi.org/10.1103/PhysRev.105.1413)
- [NIST · The Reversal of Parity Law](https://www.nist.gov/pml/fall-parity/reversal-parity-law-nuclear-physics)

物理教程

## 贝塔衰变偏爱哪个方向

**背景** 吴健雄和同事把钴六十冷却到极低温，让原子核的自旋部分排齐。电子更常往自旋的反方向飞。

**为什么值得理解** 镜像反射会反转速度方向，却保留自旋方向。比较电子朝着自旋和背着自旋飞出的概率，就能检验衰变规律是否遵守镜像对称。

先抓重点

- **核心问题**: 两只完全相同的探测器，为什么接收到的电子比例不同？
- **一句话直觉**: 弱衰变概率取决于电子动量与核自旋的夹角。

### 核心数学模型

#### 固定电子动能时的角分布

$$
\frac{dP}{du}=\frac{1+A P\beta u}{2},\qquad u=\cos\theta,\quad A=-1
$$

夹角从自旋轴量起。核极化度表示自旋排列得多整齐；电子速度用它与光速的比值表示。

#### 相同接收锥里的电子比例

$$
f_{\pm}=\frac{1-\cos\alpha}{2}\pm\frac{A P\beta\cos\phi}{4}\sin^2\alpha
$$

每只探测器接收一个半张角为 alpha 的锥。Phi 是自旋轴与右探测器方向的夹角；正负号分别选取右边和左边。

### 常见难点

#### 反转自旋与镜像

**容易误解** 把自旋方向倒过来，就得到了实验的镜像。

**正确理解** 反转自旋是实验对照，会交换电子偏向的探测器。镜像反射反转电子动量，自旋作为轴矢量则保持原方向。

### 动手实验

1. 01

   #### 反转极化

   选择“反转极化”。

   **你会看到：** 电子偏向另一边，两只接收锥的位置不动。

2. 02

   #### 打乱自旋排列

   选择“升温后的无序原子核”。

   **你会看到：** 角分布恢复对称，两只探测器接收比例的理论值相等。

3. 03

   #### 转动自旋方向

   拖动金色箭头，让它横过探测器轴。

   **你会看到：** 左右计数平衡了，电子仍偏向自旋的反方向，只是这个方向不再朝着其中一只探测器。

物理结论

随极化反转的不对称，显示弱贝塔衰变对方向的偏爱。

量子与场 · 入门路径

## 从一次测量开始

先预测结果，再数一数实际测到了什么。从一个量子比特出发，一路走到波包、束缚态和双光子干涉。

[从这里开始 → **量子态与 Born 测量** 先预测一个概率，转动分析器，再拿预测和多次测量得到的频率比一比。 观察 · 15 分钟](https://sandboxphysics.com/zh/labs/qubit-state/)

1. [1 量子态与 Born 测量](https://sandboxphysics.com/zh/labs/qubit-state/)
2. [2 Stern–Gerlach 顺序测量台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/stern-gerlach-sequence/)
3. [3 波包传播与不确定性](https://sandboxphysics.com/zh/labs/wave-packet-uncertainty/)
4. [4 量子谐振子态工作台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/quantum-harmonic-oscillator/)
5. [5 路径标记与量子擦除](https://sandboxphysics.com/zh/labs/quantum-eraser/)
6. [6 Hong–Ou–Mandel 两光子干涉](https://sandboxphysics.com/zh/labs/hong-ou-mandel/)

[查看完整路径 →](https://sandboxphysics.com/zh/topics/quantum/#starter-path)