[论文解读] P-Violation Manifested at the Molecular Level - A Simple Means for an Absolute Definition of "Left" vs. "Right"

Avshalom C. Elizur, Meir Shinitzky|ArXiv.org|Jan 3, 2006

Biofield Effects and Biophysics参考文献 1被引用 7

一句话总结

本文提出一种基于手性分子中宇称不守恒的分子级方法，以绝对方式定义'左'与'右'，具体针对L-和D-丝氨酸衍生物。通过利用丝氨酸胶束中约10⁻¹⁶ kT的宇称不守恒能量差（PVED），并借助自催化胶束形成实现放大，该方法可借助偏振光旋转实现宏观、明确的左右区分，提供一种独立于惯例的普遍定义。

ABSTRACT

P-violation of the nuclear weak force was hitherto believed to manifest itself only in asymmetric $β$-emission due to neutron decay. Molecules with space asymmetry (like L and D amino acids) are affected by this parity violation, yielding a parity violation energy difference (PVED) between chiral isomers in the order of $10^{-16}$ ev. In specific cases, where an autocatalytic process is combined with interaction with a selective spin isomer of H$_2$O, this tiny PVED can be amplified to a macroscopic detectable level. We describe such a system through which one can transmit a universal definition of "left" and "right." The procedure is straightforward, yielding an absolute rather than a statistical definition. The argument is illustrated by paraphrasing Feynman's celebrated thought-experiment of communicating spatial directions to an alien.

研究动机与目标

• 通过基本物理而非惯例，提供'左'与'右'的绝对、非统计学定义。
• 证明弱核力引起的宇称不守恒（P-不守恒）可在手性分子体系中被放大至宏观水平。
• 为与地外智慧生命沟通空间方向提供一种实用且实验可行的替代费曼 Gedanken 实验方案。
• 确立分子尺度的P-不守恒可通过胶束体系中的自催化放大，产生可检测的定向效应。
• 探讨P-不守恒对普遍生物对映纯性及基础物理的启示。

提出的方法

• 合成L-和D-丝氨酸对映体的N-硬脂酰衍生物，并以相同浓度溶解于水中。
• 使用带有透明隔板的圆柱形容器，以石英窗密封，沿Y轴对齐以定义空间坐标。
• 安装固定X轴偏振片与可旋转Z轴分析仪，以检测溶液的光透过率。
• 在纯水中使两偏振片正交（90°），建立无光透过率的基线。
• 将丝氨酸衍生物溶液分别引入两个隔间，并重新校准分析仪以使光透过率最小化。
• 将分析仪旋转≤1°；若透射光增加，则表示旋转方向为'左'，若减少则表示为'右'。

实验结果

研究问题

• RQ1 手性分子中的宇称不守恒能否被放大至宏观、实验可检测水平？
• RQ2 能否通过分子尺度的P-不守恒而非惯例，实现'左'与'右'的绝对定义？
• RQ3 丝氨酸衍生物中的自催化胶束形成能否将微小的PVED放大，产生可测量的光学旋光差异？
• RQ4 L-与D-丝氨酸胶束之间观察到的50%光学旋光差异是否源于P-不守恒，而非其他效应？
• RQ5 该方法能否作为与地外智慧生命沟通空间方向的通用工具？

主要发现

• 手性分子（如氨基酸）中的宇称不守恒能量差（PVED）估计为10⁻¹⁶ kT，对应于外消旋混合物中一种对映体的过量达10⁴–10⁵倍。
• PVED过小，无法通过光学旋光直接检测，其效应将低于皮度级，且被热噪声掩盖。
• N-硬脂酰丝氨酸衍生物的自催化胶束形成可放大PVED效应，导致两种对映体产生可测量且方向相反的光学旋光。
• L-与D-丝氨酸胶束之间的光学旋光差异幅度可达50%，实现方向性区分。
• 在所提出的装置中，当分析仪旋转≤1°时，若光强增加，则表示'左'；若减少，则表示'右'，从而提供明确且普遍的定义。
• 该方法提供一种基于物理的、独立于生物或文化惯例的绝对空间方向定义。