2008年诺贝尔物理学奖|nobel prize in physics 2008|Nobel物理奖故事

0 CommentsWednesday • October 8, 2008 • by dreamfree 分享到微博：

2008年诺贝尔物理学奖昨日已经揭晓，2008年诺贝尔物理学奖 nobel prize in physics 2008 由三位日本科学家共同获得，其中一位已经加入美国国籍。他们是南部阳一郎（Yoichiro Nambu）、小林诚（Makoto Kobayashi）、益川敏英（Toshihide Maskawa）。截至目前(加上今天的诺贝尔化学奖有一位日本人)，今年诺奖已有4位小日本鬼子了。

瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会10月7日宣布，将2008年度诺贝尔物理学奖授予美国籍科学家南部阳一郎(Yoichiro Nambu)，以及日本科学家小林诚(Makoto Kobayashi)和益川敏英(Toshihide Maskawa)。他们都在基本粒子夸克的研究上有突出成就。

10月7日，在瑞典首都斯德哥尔摩，瑞典皇家科学院物理学奖评委会委员拉什·布林克介绍2008年诺贝尔物理学奖得主的成就。瑞典皇家科学院当日宣布，美国籍科学家南部阳一郎和日本科学家小林诚、益川敏英获得2008年诺贝尔物理学奖。(新华网)

The Nobel Prize in Physics 2008

Three Japanese Researchers Gets the Nobel Prize in Physics 2008
Tuesday, 07 October 2008
Goes to three Japanese researchers, Yoichiro Nambu（美籍日本人）, Makoto Kobayashi, Toshihide Maskawa.
Yoichiro Nambu, Enrico Fermi Institute, University of Chicago, Chicago, IL, USA, with one half of the Prize:
“for the discovery of the mechanism of spontaneous broken symmetry in subatomic physics”
and the other half jointly to
Makoto Kobayashi, High Energy Accelerator Research Organization (KEK), Tsukuba, Japan, and Toshihide Maskawa, Yukawa Institute for Theoretical Physics (YITP), Kyoto University Kyoto, Japan
“for the discovery of the origin of the broken symmetry which predicts the existence of at least three families of quarks in nature”

对物理、离子、夸克不了解。刚在中科大BBS上看到一篇介绍他们诺贝尔物理学奖获奖背后的一些故事，整个获奖经历和科学发现过程令人启发。

2008年Nobel物理学奖的故事

今年的Nobel物理学奖给了三个日本人，我们就来讲讲他们的小故事。当然，为了不那么晦涩和拗口，下面就用纯粹科普的语言。

先讲美国芝加哥大学物理系美籍日裔的南部阳一郎(Y. Nambu)，今年已经87岁了，是有史以来获得Nobel物理学奖年纪最大的人，当然不是获得Nobel奖年纪最大的人，因为有91岁拿的人。就这岁数，也够我们佩服的。

二十世纪五六十年代是粒子物理学实验的黄金期，众多的加速器每天不断的produce data，给了做理论的一次又一次的机会。实验物理学家们在对基本粒子的研究中已经发现了许多对称性。但不幸的是，当时所发现的许多对称性却被证明只在近似的情况下才成立。如何理解这种近似对称性呢？当时有一种猜测，认为近似对称性是严格对称性自发破缺的产物。

所谓对称性自发破缺，指的是这样一种情形：即一个物理体系的Lagrangian 具有某种对称性，而基态却不具有该对称性。换句话说体系的基态破缺了运动方程所具有的对称性。这种对称性自发破缺的概念最早出现在凝聚态物理中，由美国凝聚态物理学家安德森(P.W.Anderson，1977年Nobel物理学奖获得者)提出。1961年被美国芝加哥大学物理系的南部阳一郎(Y. Nambu 和 G. Jona-Lasinio )引进到量子场论中。

有了对称性自发破缺这个原始思想后，就象美国哈佛大学的温伯格(S. Weinberg,1979年Nobel物理学奖获得者)所说的那样，这个思想不仅中看，而且中用，有一种穿透复杂性的力量，很快就给了许多当时很年轻的理论物理学家一个又一个冲击Nobel物理学奖的机会。

1967年，温伯格在开车时候偶然爆发的一个火花，他与英国剑桥大学的萨拉姆，美国哈佛大学的格拉肖一起，利用杨振宁—米尔斯场(Yang-Millis场，即通常所说的非阿贝尔规范场)的对称自发破缺构筑了弱相互作用和电磁相互作用的统一理论，并因此同时获得了1979年Nobel物理学奖。Nobel物理学奖评委会曾经说，相对论和量子力学是20世纪物理学最重要的成果，而把电磁力和弱力统一在一起的理论是20世纪的最高点，这无疑是恰当的评价。（顺便提一下，温伯格的那篇文章现以7105次的被引用率居物理学所有领域之冠。）

当时有一个说法，说Nobel物理学奖评委会用很短的时间，就把Nobel物理学奖迫不及待的颁给了温伯格，萨拉姆和格拉肖（之所以说迫不及待，是因为抢在实验验证这个理论之前就给了，这在物理学史上是绝无仅有的，实验验证是在1983年才做的，实验验证获得了1984年Nobel物理学奖，比理论晚了5年），是因为他们在物理学家中太才华出众，太有名气，太outstanding了，但是却一直遗忘了最原始idea的人，一个是杨振宁，另一个就是南部阳一郎，直到47年后才颁发给了最原始idea的人。

1963年，英国物理学家黑格斯(P. Higgs)等人几乎同时提出了描述规范对称性自发破缺的著名的 Higgs 机制：在粒子物理学标准模型中，所有基本粒子的质量都来源于电弱统一理论中的规范对称性自发破缺。这是标准模型对质量起源问题的直接回答。

不过 Higgs 等人的漂亮工作并没有引起立即的轰动。 Higgs 就这一工作所写的两篇论文的第二篇甚至一度遭到退稿，理由是 “与物理世界没有明显关系”。这一退稿理由使Higgs 深感不快，但Higgs 后来认为，他因遭到退稿而偶然添加的那些内容是人们将Higgs 粒子及 Higgs 机制与他的名字联系在一起的主要原因。现在，世界上最大的人工加速器—欧洲核子中心（CERN）正在寻找Higgs粒子，可以很肯定的说，如果发现了，那么实验和理论都将拿到Nobel物理学奖。

再讲讲另外两位日本物理学家64岁的小林稔(M.Kobayashi)和68岁的益川敏英(T.Maskawa)。

上面的南部阳一郎的工作主要是针对弱相互作用和电磁相互作用的，不过关于强相互作用一直是粒子物理学的重头戏。从日本物理学家汤川秀树（Yukawa）提出介子理论获得1947年Nobel物理学奖起，已经有：

英国剑桥大学的Powell因为发现介子获得1950年Nobel物理学奖，

美国加州大学伯克利分校的Alvarez因为发现强子的激发态获得1968年Nobel物理学奖，

美国加州理工学院的Gell－Mann提出夸克模型获得1969年Nobel物理学奖，

美国斯坦福大学的Richter和美国MIT物理系的美籍华裔丁肇中教授因为发现第四种夸克而获得1976年Nobel物理学奖，

美国芝加哥大学和普林斯顿大学的J. Cronin, V. Fitch因为发现CP破坏而获得1980年Nobel物理学奖，

美国斯坦福大学和MIT物理系的J. I. Friedman, H. W. Kendall, R. E. Taylor因为发现夸克的深度非弹性散射而获得1990年Nobel物理学奖，

美国加州理工学院的Politzer，美国普林斯顿大学的D. Gross和美国MIT物理系的F.Wilczek提出强作用的规范理论而获得2004年Nobel物理学奖。

在上述工作的基础上，主要是在上述1980年和1976年Nobel物理学奖的成果基础上，1973年，两位日本物理学家小林稔(M.Kobayashi)和益川敏英(T.Maskawa)指出,若要解释CP违反,夸克应至少有六种,既b夸克和t夸克的存在也是必要的。

他们的理论提出了著名的CKM矩阵,预言夸克至少应有6种及理论上CP破坏的一种解释.他们的那篇论文的引用率高达5920次(仅次于温伯格那篇).该理论近年来被很多实验证实,特别是1995年顶夸克的发现和2001年中性B介子衰变CP破坏的发现。一直有人预言也许不久他们将分享诺贝尔奖金，不过耗了三十多年今年终于拿到了Nobel物理学奖。

从1947年日本物理学家汤川秀树第一次获得Nobel物理学奖起，一个大圈，转了60年，到今年，终于转回了原点，被来自日本汤川秀树研究所的益川敏英拿到了Nobel物理学奖，虽然他们做的都是对称破缺，但是对于日本人和汤川秀树来说，这是对称的大圆圈。

附件一：

有一个美国芝加哥大学物理系的毕业生回忆说，南部是那种特别有创造力的人，当时他上课的时候喜欢讲几乎物理学各个领域的事情，当时觉得很奇怪，为什么他不集中做一个领域，后来才发现他的兴趣就在于做得很广泛。

而小林稔和益川敏英除了这个工作之外似乎没有什么很好的工作可说，他们是所谓一件事吃一辈子的那种人。

附件二：

从二次大战后，物理学有了飞速发展，从1946年到2008年授予62次Nobel物理学奖，

    其中粒子物理(高能物理)共获得28次Nobel物理学奖，
    凝聚态物理共获得20次Nobel物理学奖，
    天体物理共获得8次Nobel物理学奖，
    原子分子物理获得了4次Nobel物理学奖，
    光学获得4次Nobel物理学奖，
    等离子体物理共获得1次Nobel物理学奖。

(注意其中有好些年份是两个物理领域合得，例如1978年物理学奖
给了凝聚态物理和天体物理，分别是做低温He-4超流研究和发现
宇宙3K背景辐射研究的。)

可以看出，粒子物理(高能物理)占了物理学的1/3强，是物理学绝对的主力，凝聚态物理占了物理学的1/3左右，而其他所有的物理合起来占了物理学的1/3左右。

当然现在粒子物理的重要成果越来越少，因为大的加速器越来越难造，今年的Nobel物理学奖就是授予四十年前的成果，所以要拿奖，寿命一定要很长。(瀚海星云)