諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)【得自對稱破缺的諾貝爾物理獎(jiǎng)】

　　對于全世界的粒子物理學(xué)家來說，2008年是個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的好年頭。 　　首先，他們等著用來保住飯碗的大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)耗資60億歐元，在法國和瑞士邊界的歐洲核子研究中心 (CERN)宣告落成；其次，不到一個(gè)月后的10月7日，瑞典皇家科學(xué)院把今年度的諾貝爾物理獎(jiǎng)?lì)C給了三位在這一領(lǐng)域作出突出貢獻(xiàn)的人物：南部陽一郎、小林誠和益川敏英。其中南部獨(dú)得獎(jiǎng)金的1/2，后二人則分享另一半。他們都因在對稱破缺(Broken Symmetries)方面的工作受到了評委的青睞。
　　對稱破缺的概念在上世紀(jì)六、七十年代就被引入基本粒子物理學(xué)，用最簡單的話來說，該觀念使數(shù)學(xué)形式保持對稱，而使物理結(jié)果保持不對稱。“標(biāo)準(zhǔn)模型”就建立在具有對稱破缺的規(guī)范理論的基礎(chǔ)之上。
　　
　　
　　從對稱到不對稱
　　
　　今年的物理學(xué)獎(jiǎng)背景介紹即以《對稱破缺》為題，充滿歷史感的陳述長達(dá)20頁。
　　對稱的觀念古已有之，它影響了人類早期的音樂、美術(shù)等各種藝術(shù)形態(tài)，進(jìn)入19世紀(jì)，對稱開始對科學(xué)界產(chǎn)生重要影響，成為晶體學(xué)、分子學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)的中心觀念。
　　在經(jīng)典物理學(xué)中，各種形式的對稱定律已經(jīng)確認(rèn)和應(yīng)用，然而直到量子力學(xué)出現(xiàn)，對稱原理才擔(dān)任起一個(gè)本質(zhì)性的角色。
　　物理學(xué)定律此前一直顯示出左右之間完全對稱，這種對稱可以形成為一種守恒定律，稱之為宇稱(P)守恒，1954年出現(xiàn)的θ-τ難題卻導(dǎo)致了宇稱不守恒定律的提出，楊振寧和李政道因此項(xiàng)工作共同獲得了1957年諾貝爾物理獎(jiǎng)。
　　解決宇稱不守恒的辦法一度是引進(jìn)電荷C，得到CP守恒，而芝加哥大學(xué)的克羅寧(James Cronin)和普林斯頓大學(xué)的菲奇(ValL Fitch)，卻于1964年在中性K-介子衰變中發(fā)現(xiàn)CP破壞，他們也因此獲得了1980年諾貝爾物理獎(jiǎng)。
　　蘇聯(lián)的核物理學(xué)家安德烈沙卡洛夫在1967年指出，CP破壞一定是宇宙物質(zhì)不對稱的起源。我們知道，除了能量以外，宇宙中的“原材料”可以歸結(jié)為正物質(zhì)和反物質(zhì)兩種，物理學(xué)家認(rèn)為大爆炸產(chǎn)生了相同數(shù)量的正反物質(zhì)，但為什么目前來看，正物質(zhì)占據(jù)了統(tǒng)治性地位呢？對稱破缺正試圖解釋這一現(xiàn)象。
　　
　　很本分、很深刻的一位物理學(xué)家
　　
　　南部陽一郎出身東京大學(xué)物理系，師承1965年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主朝永振一郎，二戰(zhàn)后不久赴美，1956年開始任教于芝加哥大學(xué)。10月7日物理獎(jiǎng)宣布后不久，芝大的網(wǎng)站即迅速更新了頭條，慶賀他們又多了一位諾獎(jiǎng)獲得者。
　　據(jù)中科院理論物理所研究員李淼介紹，這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)歸屬可謂不出意料。
　　約十年前，李淼在芝大費(fèi)米研究所(EFI)工作時(shí)期就認(rèn)識(shí)南部教授，“辦公室離得很近，也一起討論過物理，特別是所謂的‘南部括號(hào)’，之后與合作者就這個(gè)問題寫過一篇論文”。印象中，這位老人是“很本分、很深刻的一位物理學(xué)家 ”，雖說那時(shí)已經(jīng)退休，但每隔一天去辦公室，參加幾乎所有理論組的學(xué)術(shù)報(bào)告。
　　南部獲獎(jiǎng)的原因是“發(fā)現(xiàn)了亞原子物理的對稱自發(fā)性破缺機(jī)制”。所謂對稱性自發(fā)破缺，指的是一個(gè)物理體系的拉氏量具有某種對稱性，而基態(tài)卻不具有該對稱性。這個(gè)概念最早出現(xiàn)在凝聚態(tài)物理中，如超導(dǎo)現(xiàn)象就是一種對稱性破缺。20世紀(jì)初，皮埃爾?居里發(fā)現(xiàn)在居里溫度下超導(dǎo)物質(zhì)表現(xiàn)出了這項(xiàng)特質(zhì)。
　　上世紀(jì)50年代末超導(dǎo)研究正酣，庫柏等人提出超導(dǎo)體中有庫柏電子對，南部則想到用場論來解釋超導(dǎo)體的對稱性自發(fā)破缺，1960年更是創(chuàng)造性地把這條原理應(yīng)用到量子力學(xué)，這是一個(gè)非常漂亮的舉措，對自發(fā)性對稱破缺的深入研究帶來了希格斯機(jī)制：在標(biāo)準(zhǔn)模型中，所有基本粒子的質(zhì)量都來源于電弱統(tǒng)一理論中的規(guī)范對稱性自發(fā)破缺，此即標(biāo)準(zhǔn)模型對質(zhì)量起源問題的直接回答。
　　倘若9月10日開機(jī)的LHC能于不久的將來撞出希格斯粒子的話，就可以對此進(jìn)行一番驗(yàn)證了。
　　克羅寧對南部評價(jià)如下：他總是走在同時(shí)代的前面，他的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是別人需要用更久的時(shí)間才能發(fā)現(xiàn)的。
　　這一評價(jià)對于其他兩位獲獎(jiǎng)?wù)咄瑯舆m用。64歲的小林誠是日本高能源加速器研究機(jī)構(gòu)(KEK)的名譽(yù)教授，68 歲的益川敏英是京都大學(xué)名譽(yù)教授，擔(dān)任過湯川理論物理研究所(YITP)所長。他們獲獎(jiǎng)的理由是“發(fā)現(xiàn)對稱破缺的起源，預(yù)測自然界存在第三族夸克”。
　　“小林-益川理論”對宇宙中只見正物質(zhì)不見反物質(zhì)的解釋是，夸克的反應(yīng)衰變速率不同，并在30多年前就作出過宇宙中存在6種夸克的預(yù)言，而當(dāng)時(shí)被發(fā)現(xiàn)的夸克只不過3種而已。之后同行根據(jù)他們的預(yù)言不斷努力，1974年粲夸克被發(fā)現(xiàn)，1977年底夸克被發(fā)現(xiàn)，1995年頂夸克也終在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的Tevatron加速器上被找到了……這些實(shí)驗(yàn)成果毫無疑問說明了兩人是多么有洞察力。(小莊)
　�。ㄕ�自《望東方周刊》2008年第42期）

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