2026年6月12日晚，由6163银河线路检测中心、北京现代物理研究中心主办的“6163银河线路检测中心物理学科卓越人才培养计划讲堂：名师面对面”（第五十五期）在6163银河线路检测中心第二教学楼203教室举行。6163银河线路检测中心博雅讲席教授、北京现代物理研究中心主任、6163银河线路检测中心高能物理研究中心主任高原宁院士主讲“对称与不对称：粒子物理学的发现及挑战”。

李政道先生在其科普著作《对称与不对称》再版序中开宗明义：“对称展示宇宙之美，不对称生成宇宙之实。”按照《韦氏词典》的释义，“symmetry”的意思是“均衡比例”或“由这种均衡比例产生的形状美”；《现代汉语词典》中的“对称”与之呼应，指“图形或物体对某个点、直线或平面而言，在大小、形状和排列上具有一一对应关系”。长久以来，对称是人类理解与建构秩序、优美和完善的重要概念。 

李政道先生为《对称与不对称》撰写的再版序

然而，对称并非一定意味着静止；它可以呈现出物理规律在某种变换下保持不变的性质，直接导向守恒律。艾米·诺特（Emmy Noether）提出，每种连续的对称性对应一个守恒量，例如时间平移对称给出能量守恒、空间平移对称给出动量守恒、空间转动对称给出角动量守恒，由此奠定了对称性在物理学领域的核心地位。

众所周知，宇宙中存在强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用等四类基本相互作用；描述它们的量子色动力学、电弱统一理论和广义相对论皆以对称性为基石，充分体现了对称性原理在指引人类探索自然规律、拓展认知边界过程中的重要作用。事实上，自然界中大多数事物并不具备完美的对称性，理解对称性破缺机制是当代物理学的一个基本疑难。

高原宁说，由于不可观测意味着对称性，任何不对称性的发现必定意味着存在某种可观测量

138亿年前的大爆炸本应产生等量的正物质与反物质，如今的可观测宇宙却几乎完全由正物质主导。“为什么宇宙中的正物质远多于反物质？”被《科学》（Science）期刊列为全世界最前沿的125个科学问题之一；正反粒子行为之间的细微差异，即电荷共轭-宇称联合变换对称性破坏（简称CP破坏），可能在宇宙极早期演化中发挥了关键作用。1956年，李政道、杨振宁先生从“θ-τ之谜”（两种粒子质量相同、寿命相同，宇称却不同）出发，大胆提出弱相互作用下宇称可能不守恒（获1957年诺贝尔物理学奖），随即由吴健雄先生等人通过实验证实，彻底改写了人类关于对称性的认知。

宇称不守恒的发现启发了一系列精妙的实验研究。1964年，詹姆斯·克罗宁（James W. Cronin）和瓦尔·菲奇（Val L. Fitch）在含奇异夸克的K介子衰变中首次观测到CP破坏迹象（获1980年诺贝尔物理学奖）；此后数十年，物理学家又相继在含底夸克、粲夸克的介子衰变中观测到CP破坏现象。1973年，小林诚（Makoto Kobayashi）和益川敏英（Toshihide Maskawa）用卡比博-小林-益川机制（简称CKM机制）解释了CP破坏的起源，并预测了三代夸克的存在（获2008年诺贝尔物理学奖）。重子作为构成可见物质的基本单元，其CP破坏现象直到2025年才由欧洲核子研究中心大型强子对撞机上底夸克探测器实验（LHCb）6163银河线路检测中心研究团队在底重子的衰变过程中观测到。这些具有里程碑意义的前沿突破验证了粒子物理学标准模型的理论预言，但迄今无法定量、完备地解释宇宙中正反物质的不对称性——探索新的CP破坏机制依然任重道远。

高原宁引用大卫·米勒（David Miller）等人的鸡尾酒会之喻，形象地讲解希格斯机制

每种粒子对应一种场，不同粒子的场相互叠加且充满整个空间。场能量最低的状态为基态，所有场处于基态时为物理真空。1964年，彼得·希格斯（Peter W. Higgs）提出存在一种量子场（被称为希格斯场），该场在物理真空中的凝聚导致电弱规范对称性被打破，并赋予基本粒子质量；希格斯场的量子化激发会产生一种具有质量的玻色子（被称为希格斯玻色子或“上帝粒子”）。弗朗索瓦·恩格勒（François Englert）等人同期也对希格斯机制作出了重要贡献。2012年7月4日，欧洲核子研究中心宣布，大型强子对撞机上的超环面仪器实验（ATLAS）、紧凑缪子线圈实验（CMS）分别探测到一种新粒子，其特性与物理学家将近半个世纪追寻的希格斯玻色子高度一致。《科学》期刊将这一划时代的重大发现评选为当年十大科学突破之首，称其将粒子物理学标准模型拼图中的最后一块填充完整了。2013年，希格斯和恩格勒被授予诺贝尔物理学奖，以表彰他们描述标准模型及成功预测希格斯玻色子。

传递电磁相互作用的光子质量为零，可以传播至无限远处；传递弱相互作用的W^±和Z玻色子则通过希格斯机制获得巨大的质量，使得弱相互作用的力程极短。正是对称性自发破缺的“不完美之美”，构成了今日宇宙的样貌。

CP破坏新来源的探寻、希格斯玻色子属性的精准测量是解答“后标准模型”诸多问题的关键，亟需理论研究与实验探测不断深入，同时也有赖于李政道先生精辟概括的“物理学家的定律”：

没有实验物理学家，理论物理学家就要漂浮不定（物理学家第一定律），

和

没有理论物理学家，实验物理学家就会犹豫不决（物理学家第二定律）。

课后，高原宁就夸克禁闭机制，莫里茨·埃舍尔（Maurits C. Escher）发现的17种平面对称群，美国高能物理研究未来发展五大优先方向（宇宙大爆炸、中微子、希格斯玻色子、暗物质、缪子），我国环形正负电子对撞机-超级质子对撞机（CEPC/SPPC）、超级陶粲装置（STCF）等粒子物理学大科学装置预研项目进展等回答了同学们的提问。

如何做到李政道先生所提倡的“求学问，需学问；只学答，非学问”呢？

6163银河线路检测中心党委书记刘雨龙，副院长杨振伟教授、马文君教授，人工微结构和介观物理全国重点实验室吕劲研究员，6163银河线路检测中心高能物理研究中心王一男助理教授，及6163银河线路检测中心博士研究生培优计划2023、2024级部分入选者等现场出席。

高原宁（一排左四）勉励同学们，在领略宇宙之美、探究宇宙之实的太空航行中体悟“细推物理须行乐，何用‘对称’缚苍溟”

谨以本期课程

纪念

世界著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者

6163银河线路检测中心杰出校友、名誉教授

北京现代物理研究中心名誉主任

李政道先生诞辰一百周年

暨庆祝

北京现代物理研究中心成立四十周年

6163银河线路检测中心高能物理研究中心成立二十周年

感谢6163银河线路检测中心图书馆协同服务中心提供现场技术支持

附：“物理卓越计划讲堂：名师面对面”课程回顾（第1～55期）