量子世界“预言者”获诺贝尔物理学奖明日

量子世界“预言者”获诺贝尔物理学奖

图表：日美科学家分享2008年诺贝尔物理学奖 新华社发

两名日本学者和一名美国籍日本科学家７日分享２００８年诺贝尔物理学奖。

３名物理学家分别在上世纪６０年代和７０年代通过数学模型“预言”了量子世界自发性对称破缺现象的存在机制和根源。

然而，这些预言直到本世纪初才通过高能粒子实验验证。今年９月１１日启动的世界最大强子对撞机探索的粒子世界正是这些科学家的“领地”。

提出理论

瑞典皇家科学院说，美国芝加哥大学名誉教授南部阳一郎因发现亚原子物理学中的自发性对称破缺机制而获奖。他将获得诺贝尔物理学奖的一半奖金，即５００万瑞典克朗（约合７０万美元）。

日本高能加速器研究机构名誉教授小林诚和京都大学名誉教授益川敏英则因有关对称性破缺起源的发现而获奖。他们两人将分享另外５００万瑞典克朗。

对称破缺是量子场论的重要概念，对探索宇宙的本原有重要意义。它包含“自发对称破缺”和“动力学对称破缺”两种情形。

根据已知理论，大约１３７亿年前，宇宙在一次“大爆炸”中诞生。之后，夸克、电子等粒子和同样数量质量但电荷相反的反粒子构成了物质。粒子和反粒子一旦碰撞，将在释出光后“同归于尽”。因此，如果两者始终并存，宇宙中的物质最终将消失殆尽，但是，现在的宇宙中只有粒子“幸存”，没有发现反粒子。

科学家认为，反粒子幸存率不如粒子，是因为除电荷相反外，还存在其他微小差异，这种粒子和反粒子的性质差异被称为“对称破缺”，它的机制是亚原子物理学的一大谜团。

南部对自发性对称破缺机制的研究奠定了亚原子物理学的“标准理论”基础。

“早在１９６０年，南部阳一郎就阐明了基本粒子物理中自发对称破缺的数学描述，”瑞典皇家科学院在授奖评语中写道：“自发对称破缺机制隐藏着表面上杂然无序的自然秩序。它被证明极其有用，南部的理论奠定了基本粒子物理学的标准模型。这一模型融合了所有物质最微小的组成部分，使４种自然力量中的３种在同一理论中得到解释。”

４种自然力量指电磁力、强核力、弱核力和重力。“标准理论”能同时解释前三种力的作用机制。

支撑理论

小林诚和益川敏英的贡献体现在他们“在标准模型的框架内解释了对称破缺机制”，并据此“预言”了３种夸克的存在。

授奖评语说，自发对称破缺似乎早在宇宙诞生时就存在，但直到小林和益川于１９６４年通过粒子试验才向世人证实了这一“神秘存在”。

两人１９７２年发表论文，解释了对称破缺的起源。值得一提的是，当时两人分别只有２９岁和３３岁。

根据他们的理论，只要存在６种以上夸克，对称破缺就能发生。发表这篇论文时，科学家只发现了３种库克。另外３种夸克分别发现于１９７４年、１９７７年和１９９５年。此后再无夸克发现。

剩下的课题是通过实验确证对称性破缺。２００１年和２００４年，美国斯坦福实验室和日本高能加速器研究机构的粒子探测器分别独立实现了对称性破缺。

“结果与小林、益川３０年前的预测一致，”评语特意点出。

“小林－益川理论”也因此成为支撑亚原子物理学标准理论的重要支柱。

得奖感想

得知获奖消息后，６８岁的益川告诉时事通讯社记者，他为前辈南部获奖感到由衷高兴，倒是认为自己没做出什么了不起的事。 [Page]

现年８７岁的南部阳一郎生于日本。２９岁成为大阪市立大学物理学教授，３１岁前往美国，后加入美国籍，现为美国芝加哥大学名誉教授。

益川说，２００１年“小林－益川理论”被实验验证时才是他作为学者最高兴的时刻，“今天没有当年那么兴奋”。不过，他还是满面笑容地表示，获诺贝尔奖有点像“过节”。

现年６４岁的小林说，他得知获奖消息后非常吃惊。他说，一直以来，他俩获诺奖的呼声挺高，但时间一长，也就不抱多大期望。

这是２００２年小柴昌俊获诺贝尔物理学奖以来，事隔５年日本学者再度摘得物理学奖；也是１９４９年汤川秀树以来，日本学者第５次获得诺贝尔物理学奖。（冯武勇）

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