２００８年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)美日科學(xué)家分享

郭俊偉

2008年10月7日，瑞典皇家科學(xué)院諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)宣布，將2008年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家南部陽(yáng)一郎（左圖）和兩位日本科學(xué)家小林誠(chéng)（中圖）、益川敏英（右圖）.南部陽(yáng)一郎因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)次原子物理的對(duì)稱(chēng)性自發(fā)破缺機(jī)制而獲獎(jiǎng)，小林誠(chéng)、益川敏英因發(fā)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)性自發(fā)破缺的來(lái)源獲此殊榮.

南部陽(yáng)一郎1921年出生在日本東京， 1952年，獲東京大學(xué)科學(xué)博士學(xué)位，并移居美國(guó)，1958年，被芝加哥大學(xué)聘為教授，目前是芝加哥大學(xué)名譽(yù)退休教授.南部陽(yáng)一郎首先把凝聚態(tài)物理方法運(yùn)用于粒子物理理論，提出了著名的南部-Jona-Lasinio模型，并由此獲得了1994~1995年度的沃爾夫獎(jiǎng).

小林誠(chéng)1944年出生在日本名古屋， 1972年獲得名古屋大學(xué)博士學(xué)位.他長(zhǎng)期致力于基本粒子理論研究，目前是日本筑波的高能加速器研究機(jī)構(gòu)的名譽(yù)退休教授.1973年，小林誠(chéng)和益川敏英共同發(fā)表了“CP對(duì)稱(chēng)性破缺”理論的論文，提出了“小林－益川理論”，預(yù)言存在6種夸克(當(dāng)時(shí)只發(fā)現(xiàn)了3種夸克）.這篇論文的引用率高達(dá)4920次.

益川敏英1940年出生， 1967年獲得名古屋大學(xué)博士學(xué)位.益川敏英專(zhuān)攻量子場(chǎng)論，目前是東京大學(xué)湯川理論物理研究所的名譽(yù)退休教授.益川敏英曾和小林誠(chéng)共同獲得2007年“歐洲物理學(xué)會(huì)高能與粒子物理學(xué)獎(jiǎng)”等諸多獎(jiǎng)項(xiàng).

根據(jù)已知理論，大約137億年前，宇宙在“大爆炸”中誕生.之后，夸克、電子等粒子和同樣數(shù)量質(zhì)量但電荷相反的反粒子構(gòu)成了物質(zhì).粒子和反粒子一旦碰撞，將在釋出光后“同歸于盡”.因此，如果兩者始終并存，宇宙中的物質(zhì)最終將消失殆盡.但是，現(xiàn)在的宇宙中只有粒子“幸存”，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)反粒子.科學(xué)家認(rèn)為，反粒子幸存率不如粒子，是因?yàn)槌姾上喾赐猓€存在其他微小差異，這種粒子和反粒子的性質(zhì)差異被稱(chēng)為“對(duì)稱(chēng)破缺”.這種對(duì)稱(chēng)破缺可能是使我們宇宙得以幸存的原因，它的機(jī)制是亞原子物理學(xué)的一大謎團(tuán).

早在1960年，南部陽(yáng)一郎就給出了基礎(chǔ)粒子物理中的對(duì)稱(chēng)性自發(fā)破缺的數(shù)學(xué)描繪，對(duì)稱(chēng)性自發(fā)破缺在一個(gè)顯然很混雜的表面隱藏了自然的秩序，它被證實(shí)是非常有用的.南部陽(yáng)一郎的理論滲透了基礎(chǔ)粒子物理的“標(biāo)準(zhǔn)模型”，這一模型用一個(gè)單一的理論統(tǒng)一了所有物質(zhì)的最小構(gòu)建單元和自然界4種自然力中的3種（4種自然力指電磁力、強(qiáng)核力、弱核力和重力）.因此，南部陽(yáng)一郎對(duì)自發(fā)性對(duì)稱(chēng)破缺機(jī)制的研究奠定了亞原子物理學(xué)的“標(biāo)準(zhǔn)理論”基礎(chǔ).

小林誠(chéng)和益川敏英的貢獻(xiàn)體現(xiàn)在他們“在標(biāo)準(zhǔn)模型的框架內(nèi)解釋了對(duì)稱(chēng)破缺機(jī)制”，并據(jù)此“預(yù)言”了另外3種夸克的存在，它們分別于1974年、1977年和1995年被發(fā)現(xiàn).剩下的課題是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確證對(duì)稱(chēng)破缺.2001年和2004年，美國(guó)斯坦福實(shí)驗(yàn)室和日本高能加速器研究機(jī)構(gòu)的粒子探測(cè)器都發(fā)現(xiàn)了互相獨(dú)立的對(duì)稱(chēng)破缺，這一結(jié)果正如小林誠(chéng)、益川敏英三十年前所預(yù)言的那樣.

2008年9月，歐洲核子研究中心啟動(dòng)的“大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)”實(shí)驗(yàn)，就和自發(fā)性對(duì)稱(chēng)破缺機(jī)制有聯(lián)系，其主要目的是尋找質(zhì)量的起源.也許，新型粒子加速器將能幫助我們解開(kāi)一些仍在繼續(xù)困擾我們的奧秘.

責(zé)任編輯 蔡華杰